РЕНТАБЕЛЬНЫЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ГОРЕЛКИ
COST-EFFECTIVE CARTRIDGE FOR PLASMA ARC BURNER

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] Эта заявка является частичным продолжением заявки № 14/824946 на патент США, поданной 12 августа 2015 г., имеющей притязания на полезный эффект и приоритет предварительной заявки № 62/036393 на патент США, поданной 12 августа 2014 г. Все содержание этих заявок является собственностью правопреемника данной заявки и во всей их полноте включено сюда посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Данное изобретение в целом относится к картриджам для контактного пуска плазменно-дуговой горелки, а конкретнее - к одному или нескольким сменным дешевым картриджам, каждый из которых имеет многочисленные встроенные компоненты.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Горелки для термообработки, такие, как плазменно-дуговые горелки, широко применяются для высокотемпературной обработки (например, нагрева, резки, поверхностной резки и маркировки) материалов. Плазменно-дуговая горелка в общем случае включает в себя корпус горелки, электрод, установленный внутри корпуса горелки, излучающую вставку, расположенную внутри канала электрода, сопло с центральным выходным отверстием, установленное внутри корпуса горелки, экран, электрические соединения, каналы для охлаждения, каналы дугогасящей текучей среды (например, плазмообразующего газа) и источник питания. Для регулирования структур потоков текучей среды в камере плазмы, образованной между электродом и соплом, можно использовать завихритель. В некоторых горелках, для технического обслуживания сопла и/или завихрителя в плазменно-дуговой горелке используют поджимной колпачок. Во время эксплуатации, горелка создает плазменную дугу, которая представляет собой суженную струю ионизированного газа с высокой температурой и достаточным количеством движения, способствуя удалению расплавленного металла. Газы, используемые в горелке, могут быть нереактивными (примером которых является аргон или азот) или реактивными (примером которых является кислород или воздух).
[0004] Один способ создания плазменной дуги в плазменно-дуговой горелке представляет собой способ контактного пуска. Способ контактного пуска подразумевает установление физического контакта и электрической связи между электродом и соплом для создания пути тока между ними. Электрод и сопло могут взаимодействовать, создавая камеру плазмы внутри корпуса горелки. Электрической ток подается на электрод и сопло, а газ вводится в камеру плазмы. Давление газа нарастает до тех пор, пока давление не окажется достаточным для разделения электрода и сопла. Это разделение вызывает образование дуги между электродом и соплом в камере плазмы. Дуга ионизирует вводимый газ, создавая струю плазмы, которую можно переносить на заготовку для обработки материала. В некоторых приложениях, источник питания адаптирован для подачи первого электрического тока, известного как сигнальный ток, во время генерирования дуги и второго тока, известного как ток дуги прямого действия, когда струя плазмы перенесена на заготовку.
[0005] При генерировании дуги возможны различные конфигурации. Например, электрод можно перемещать внутри корпуса горелки от неподвижного сопла. Такую конфигурацию называют соответствующей способу контактного пуска «с обратным ударом пламени», потому что давление газа вызывает перемещение электрода от заготовки. В таких системах возникает проблема, связанная с точным выравниванием сопла и расходных материалов электродов, которое может оказывать значительное влияние на ожидаемый срок службы расходных материалов и качество обработки и/или резания материалов. В другой конфигурации, сопло можно перемещать относительно неподвижного электрода. Такую конфигурацию называют соответствующей способу контактного пуска «с обратным ударом пламени», потому что давление газа вызывает перемещение электрода к заготовке.
[0006] Существующие системы плазменной резки предусматривают широкий ассортимент отдельных расходных материалов для использования с разными токами и/или в разных режимах работы. Широкий диапазон вариантов выбора расходных материалов требует больших количеств деталей и складских запасов для потребителей, что может запутывать потребителей и увеличивать вероятность установки неправильных расходных материалов. Широкий диапазон вариантов выбора расходных материалов также может обуславливать длительный период (длительные периоды) наладки горелок и затруднение их перемещения между технологическими позициями процессов резания, которое потребует разных компоновок расходных материалов в горелке, компоновку и установку которых по одному за раз часто проводят в полевых условиях. Например, перед операцией резания, выбор и установка правильного набора расходных материалов для конкретной задачи резания могут оказаться обременительными и отнимающими массу времени. Кроме того, выбор, сборка и установка этих компонентов в полевых условиях могут обуславливать проблемы выравнивания или проблемы совместимости, когда прежние компоненты используются с новыми компонентами. Во время эксплуатации горелки, существующие расходные материалы могут встречаться с проблемами работоспособности, такими, как невозможность поддержания надлежащего выравнивания расходных материалов и надлежащего их разнесения. Помимо этого, материалы, расходуемые в данный момент, могут включать в себя существенные объемы дорогостоящих материалов (например, Vespel™) и часто требуют относительно сложного процесса изготовления, что ведет к значительным затратам на изготовление и препятствует их широкой коммерциализации, производству и внедрению. Необходимы новые и усовершенствованные принципы комплектации расходных материалов, которые позволят уменьшить затраты на изготовление и его время, уменьшить количество деталей, повысить рабочие характеристики системы (например, выравнивание, качество резки, срок службы расходных материалов, разнообразие и универсальность, и т.д.), и упростят установку и использование расходных материалов конечными потребителями.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Данное изобретение обеспечивает одну или несколько конструкций встраиваемых рентабельных картриджей для плазменно-дуговой горелки, таких, как для ручной плазменно-дуговой горелки с воздушным охлаждением. В общем случае, поскольку картридж включает в себя набор из двух или более расходных компонентов, это обеспечивает простоту эксплуатации и сокращает время установки в плазменно-дуговую горелку по сравнению с установкой каждого расходного компонента по отдельности. В дополнение к этому, использование предлагаемого картриджа в горелке улучшает выравнивание компонентов и соответствие резки требованиям. Вместе с тем, затраты на изготовление и материалы могут препятствовать широкой коммерциализации и производству картриджей. Данное изобретение решает эту проблему за счет предложения одной или нескольких конструкций рентабельных картриджей, что облегчает коммерциализацию и производство картриджей и повышает качество их установки.
[0008] В одном аспекте изобретения предложен картридж для плазменно-дуговой горелки с воздушным охлаждением. Этот картридж содержит завихритель и корончатую насадку. Завихритель включает в себя удлиненное тело из формованного термопласта, имеющее, по существу, полый участок, причем удлиненное тело из формованного термопласта имеет дистальный конец и проксимальный конец и конфигурацию, обеспечивающую заключение электрода внутри полого участка. Завихритель также включает в себя множество отверстий для протекания газа, ограниченных дистальным концом удлиненного тела и имеющих конфигурацию, обеспечивающую придание вихревого движения потоку плазмообразующего газа для плазменно-дуговой горелки. Завихритель дополнительно включает в себя конструктивный элемент, удерживающий сопло, на поверхности удлиненного тела на дистальном конце, предназначенный для удержания сопла прикрепленным к удлиненному телу. Корончатая насадка крепится к проксимальному концу удлиненного тела завихрителя. Корончатая насадка, по существу, огораживает проксимальный конец удлиненного тела.
[0009] В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка выполнена из электропроводного материала. Корончатой насадке можно придать конфигурацию, обеспечивающую удержание электрода внутри картриджа и пропускание электрического тока к электроду. Корончатая насадка может содержать отклоняющую поверхность для физического контакта с упругим элементом, который отклоняется к проксимальному концу электрода. Кроме того, корончатая насадка может содержать, по существу, полое тело, конфигурация которого обеспечивает удержание упругого элемента между отклоняющей поверхностью и проксимальным концом электрода.
[0010] В некоторых вариантах осуществления, тело корончатой насадки имеет, по существу, неизменную толщину. В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка включает в себя, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие.
[0011] В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка содержит поверхность контакта для облегчения электрического контакта с соответствующей поверхностью контакта электрода, когда плазменно-дуговую горелку эксплуатируют в режиме дуги прямого действия. Поверхность контакта корончатой насадки характеризуется отсутствием контакта с соответствующей поверхностью контакта электрода во время инициирования вспомогательной дуги. Поверхности контакта можно конфигурацию, обеспечивающую физический контакт с соответствующей поверхностью контакта электрода, когда горелку эксплуатируют в режиме дуги прямого действия.
[0012] В некоторых вариантах осуществления, множество отверстий для протекания газа завихрителя включают в себя щели, ограниченные множеством надставок, расположенных вокруг дистального конца удлиненного тела завихрителя, причем каждая щель находится между надставками, составляющими пару.
[0013] В некоторых вариантах осуществления, конструктивный элемент, удерживающий сопло, включает в себя канавку, находящуюся на наружной поверхности надставок. Удержание сопла прикрепленным к завихрителю реализуется с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, свинчивание или обжатие. В некоторых вариантах осуществления, взаимодействие между корончатой насадкой и завихрителем реализуется с помощью одного из таких средств, как обжатие, соединение на защелках или свинчивание.
-6
-1
-6
-1
[0014] В некоторых вариантах осуществления, удлиненное тело завихрителя сформовано из термопластичного материала, содержащего полимер, образованный из молекул простого эфира и кетона. Термопластичный материал может обладать одним или несколькими свойствами, включая: (i) температуру стеклования (Tg), превышающую примерно 160 градусов по Цельсию (320 градусов по Фаренгейту (°F)); (ii) коэффициент линейного теплового расширения (КЛТР), меньший, чем примерно 22×10×°F (22 микродюйма на дюйм - градус по Фаренгейту (мкдм/дм×°F) при температуре ниже Tg, (iii) КЛТР, меньший, чем примерно 55×10×°F (55 мкдм/дм×°F) при температуре выше Tg; (iv) температуру плавления, превышающую примерно 382,2 градуса по Цельсию (720 °F); и (v) электрическую прочность диэлектрика, превышающую примерно 18,898 кВ/мм (480 киловольт/дюйм).
[0015] В некоторых вариантах осуществления, отношение осевой длины (L) каждого отверстия для протекания газа к радиусу (R), среднему между радиусом электрода и радиусом внутренней стенки завихрителя, меньше, чем примерно 0,5. В некоторых вариантах осуществления, множество отверстий для протекания газа расположены в один слой вокруг дистального конца удлиненного тела, причем каждое отверстие для протекания газа имеет смещение примерно 1 мм (0,040 дюйма) между отверстием во внутренней стенке завихрителя и отверстием на внешней стенке завихрителя.
[0016] В другом аспекте, предложен формованный завихритель для плазменно-дуговой горелки с воздушным охлаждением. Формованный завихритель содержит удлиненное тело из формованного термопласта, содержащее, по существу, полый участок. Удлиненное тело из формованного термопласта имеет дистальный конец и проксимальный конец и конфигурацию, обеспечивающую заключение электрода внутри полого участка. Формованный завихритель также включает в себя множество формованных отверстий для протекания газа, каждое из которых простирается от внутренней поверхности до внешней поверхности удлиненного тела. Формованные отверстия для протекания газа расположены вокруг дистального конца удлиненного тела и имеют конфигурацию, придающую завихрение потоку плазмообразующего газа плазменно-дуговой горелки. Формованный завихритель дополнительно включает в себя поверхность, удерживающую сопло, на теле, предназначенную для удержания сопла, на дистальном конце удлиненного тела.
[0017] В некоторых вариантах осуществления, множество отверстий для протекания газа включают в себя щели, ограниченные множеством надставок, расположенных вокруг дистального конца удлиненного тела, причем каждая щель находится между надставками, составляющими пару. Дистальный конец удлиненного тела завихрителя и сопло могут совместно ограничивать множество отверстий для протекания газа.
[0018] В некоторых вариантах осуществления, поверхность, удерживающая сопло, включает в себя конструктивный элемент, удерживающий сопло, находящийся на наружной поверхности надставок. Конструктивный элемент, удерживающий сопло, может содержать канавку, конфигурация которой обеспечивает заключение в ней участка сопла посредством обжатия. В некоторых вариантах осуществления, поверхность, удерживающая сопло, содержит наклонную поверхность, конфигурация которой обеспечивает заключение на ней участка сопла посредством обжатия.
[0019] В некоторых вариантах осуществления, конфигурация завихрителя обеспечивает взаимодействие с соплом с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках или свинчивание. В некоторых вариантах осуществления, конфигурация завихрителя обеспечивает взаимодействие с соплом с помощью обжатия.
[0020] В некоторых вариантах осуществления, удлиненное тело сформовано из термопластичного материала, содержащего полимер, образованный из молекул простого эфира и кетона. Термопластичный материал может дополнительно содержать одну или несколько добавок.
[0021] В другом аспекте, предложен узел для плазменно-дуговой горелки с воздушным охлаждением. Узел содержит электрод, завихритель, сформованный из термопластичного материала, сопло, и корончатую насадку. Завихритель содержит поверхность, удерживающую сопло, на дистальном конце и элемент, удерживающий корончатую насадку, на проксимальном конце. Сопло неподвижно крепится к дистальному концу завихрителя посредством поверхности, удерживающей сопло, причем сопло включает в себя выходное отверстие на дистальном конце сопла. Корончатая насадка неподвижно крепится к проксимальному концу завихрителя посредством элемента, удерживающего корончатую насадку. Конфигурация корончатой насадки обеспечивает ограждение завихрителя на проксимальном конце. Скрепление завихрителя, сопла и корончатой насадки приводит к созданию камеры, в которой электрод постоянно находится и выравнивается относительно сопла.
[0022] В некоторых вариантах осуществления, поверхность, удерживающая сопло, содержит наклонную поверхность, а сопло крепится к дистальному концу завихрителя с помощью обжатия, по меньшей мере, участка сопла у наклонной поверхности. Обжатие сопла для удержания сопла может приводить к (1) радиальной центровке выходного отверстия сопла внутри камеры относительно дистального конца электрода с точностью в пределах 1,27 мм (0,005 дюйма), и (2) продольному позиционированию электрода внутри камеры между дистальным концом электрода и выходным отверстием сопла во время работы узла в режиме дуги прямого действия с точностью в пределах от 0,76 до 1,52 мм (0,030 до 0,060 дюйма).
[0023] В некоторых вариантах осуществления, элемент, удерживающий корончатую насадку, содержит канавку, конфигурация которой обеспечивает крепление завихрителя с помощью, по меньшей мере, одного из таких средств, как обжатие, свинчивание или соединение на защелках. Скрепление корончатой насадки с завихрителем посредством элемента, удерживающего корончатую насадку, может привести к установлению продольного позиционирования электрода внутри камеры между дистальным концом электрода и выходным отверстием сопла во время работы узла в режиме дуги прямого действия с точностью от 0,76 до 1,52 мм (0,030 до 0,060 дюйма).
[0024] В некоторых вариантах осуществления, узел дополнительно содержит упругий элемент между отклоняющей поверхностью корончатой насадки и электродом, причем упругий элемент физически контактирует с электродом и прикладывает разделяющую силу к электроду. Упругий элемент может пропускать, по существу, весь сигнальный ток к электроду, когда плазменно-дуговую горелку эксплуатируют в режиме вспомогательной дуги. Корончатая насадка может содержать полое тело для поддержания упругого элемента, по существу, в нем. В некоторых вариантах осуществления, упругий элемент содержит, по меньшей мере, одну из пружины или проволоки.
[0025] В некоторых вариантах осуществления, узел дополнительно содержит уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения, конфигурация которого обеспечивает, по существу, окружение проксимального конца завихрителя для уплотнения завихрителя у корпуса плазменно-дуговой горелки.
[0026] В другом аспекте, предложена корончатая насадка для контактного пуска плазменно-дуговой горелки, имеющая конфигурацию, обеспечивающую электрическую связь с электродом. Корончатая насадка содержит, по существу, полое тело, сформированное из электропроводного материала, конфигурация которого обеспечивает заключение в нем упругого элемента. Полое тело имеет, по существу, неизменную толщину. Корончатая насадка также включает в себя отклоняющую поверхность на проксимальном конце корончатой насадки для физического контакта с упругим элементом. Корончатая насадка дополнительно включает в себя внутреннюю поверхность контакта на дистальном конце для физического контакта - в течение режима дуги прямого действия плазменно-дуговой горелки - с соответствующей поверхностью на проксимальном конце электрода. Поверхность контакта характеризуется отсутствием контакта с соответствующей поверхностью электрода в течение режима дуги прямого действия плазменно-дуговой горелки.
[0027] В некоторых вариантах осуществления, конфигурация поверхности контакта обеспечивает прохождение, по меньшей мере, части тока дуги прямого действия из источника питания к электроду в течение режима дуги прямого действия. В дополнение к этому, конфигурация упругого элемента может обеспечивать прохождение, по существу, всего тока вспомогательной дуги из источника питания к электроду в течение режима вспомогательной дуги.
[0028] В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка дополнительно включает в себя удерживающий элемент для соединения с завихрителем с помощью одного из таких средств, как обжатие, соединение на защелках или свинчивание. В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка дополнительно включает в себя, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие. В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка дополнительно содержит круговой туннельный участок, который включает в себя отклоняющую поверхность и конфигурация которого обеспечивает заключение в нем, по меньшей мере, участка упругого элемента. В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка дополнительно содержит заглубленный центр, простирающийся от проксимального конца, включающий в себя поверхность контакта.
[0029] В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка сформирована посредством процесса штамповки.
[0030] В другом аспекте, предложен способ выравнивания множества компонентов в картридже. Способ предусматривает придание термопластичному материалу формы завихрителя, содержащего дистальный конец, проксимальный конец и полое тело. Способ также предусматривает расположение электрода внутри полого тела завихрителя и удержание электрода вместе с картриджем посредством неподвижного крепления сопла к дистальному концу завихрителя. Способ дополнительно предусматривает продольное выравнивание электрода относительно сопла посредством неподвижного крепления корончатой насадки к проксимальному концу завихрителя, вследствие чего устанавливается продольное выравнивание во время работы картриджа в режиме дуги прямого действия, когда поток газа используется для отклонения электрода, которое приводит к его контакту с корончатой насадкой.
[0031] В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает формирование корончатой насадки посредством процесса штамповки. В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает радиальное выравнивание электрода за счет радиального перемещения электрода внутри полого тела завихрителя.
[0032] В некоторых вариантах осуществления, продольное выравнивание включает в себя сдерживание продольного перемещения электрода пределами расстояния, где происходит «обратный удар пламени», ограниченного дистальным концом электрода и выходным отверстием сопла, во время работы в режиме дуги прямого действия.
[0033] В некоторых вариантах осуществления, неподвижное крепление сопла к дистальному концу завихрителя включает в себя вжатие участка сопла в удерживающую поверхность на дистальном конце завихрителя.
[0034] В другом аспекте, предложен расходный картридж для плазменно-дуговой горелки. Расходный картридж включает в себя внешний компонент, ограничивающий, по существу, полое тело, внутренний компонент, расположенный, по существу, внутри полого тела внешнего компонента, и полую область между задним участком внутреннего компонента и внешним компонентом. Внутренний компонент включает в себя передний участок, конфигурация которого обеспечивает осевое крепление внешнего компонента к внутреннему компоненту и их поворотное взаимодействие, и задний участок, по существу, подвешенный внутри полого тела внешнего компонента. Задний участок крепится к внешнему компоненту и находится в поворотном взаимодействии с ним посредством переднего участка. Конфигурация полой области обеспечивает заключение в ней головки горелки, что позволяет достичь сопряжения между задним участком внутреннего компонента и катодом головки горелки.
[0035] В некоторых вариантах осуществления, передний участок внутреннего компонента включает в себя средство, дающее возможность осевого скрепления с внешним компонентом и поворотного взаимодействия с ним. Размеры этого средства, дающего упомянутую возможность, допускают независимый поворот внутреннего и внешнего компонентов друг относительно друга. В некоторых вариантах осуществления, задний участок внутреннего компонента не имеет средства, дающего возможность осевого скрепления с внешним компонентом и поворотного взаимодействия с ним. Осевое скрепление с внешним компонентом и поворотное взаимодействие с ним осуществляются с помощью одного из таких средств, как обжатие, соединение на защелках, фрикционная посадка или свинчивание.
[0036] В некоторых вариантах осуществления, внешний компонент содержит, по меньшей мере, один из экрана, изолирующего компонента, поджимного колпачка или накрывающей гильзы. В некоторых вариантах осуществления, внутренний компонент содержит, по меньшей мере, одно из корончатой насадки, завихрителя, электрода или сопла.
[0037] В некоторых вариантах осуществления, конфигурация заднего участка внутреннего компонента обеспечивает, по существу, окружение, по меньшей мере, участка катода и физический контакт с этим участком. Задний участок внутреннего компонента может содержать полость, конфигурация которой обеспечивает заключение в ней упомянутого, по меньшей мере, участка катода, простирающегося в картридж. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один из заднего участка внутреннего компонента или внешнего компонента содержит, по меньшей мере, один виток резьбы для введения в зацепление с головкой горелки.
[0038] В некоторых вариантах осуществления, внутренний компонент дополнительно содержит одно или несколько ребер, расположенных на наружной поверхности внутреннего компонента. Внешний компонент также может содержать одно или несколько ребер, расположенных на внутренней поверхности внешнего компонента.
[0039] В некоторых вариантах осуществления, внешний компонент обеспечивает электрический путь для тока вспомогательной дуги плазменно-дуговой горелки.
[0040] В другом аспекте, предложен картриджный расходный элемент для плазменно-дуговой горелки. Картриджный расходный элемент содержит: (i) внешний компонент, ограничивающий, по существу, полое тело, (ii) внутренний компонент, содержащий, по меньшей мере, электрод, расположенный внутри полого тела внешнего компонента; и (iii) конструктивный элемент для взаимодействия, расположенный на внутреннем компоненте. Конструктивный элемент для взаимодействия адаптирован для осевого сдерживания внешнего компонента относительно внутреннего компонента, допуская при этом независимый поворот внутреннего и внешнего компонентов друг относительно друга.
[0041] В некоторых вариантах осуществления, внутренний компонент дополнительно содержит корончатую насадку, которая, по существу, заперта в нужном положении при сборке в плазменно-дуговую горелку. Завихритель может быть соединен с внешним компонентом посредством внутреннего компонента сопла. Электрод может быть расположен внутри полого ограждения, ограниченного завихрителем и соплом. По меньшей мере, один из завихрителя или электрода может быть частью внутреннего компонента.
[0042] В некоторых вариантах осуществления, внешний компонент содержит металлический поджимной колпачок и электроизоляционную накрывающую гильзу, наформовываемую на поджимной колпачок. С внутренним компонентом - посредством внешнего компонента - может быть соединен экран. Экран может быть частью внешнего компонента.
[0043] В некоторых вариантах осуществления, картриджный расходный элемент дополнительно содержит полую область между внешним компонентом и внутренним компонентом. Конфигурация полой области обеспечивает сопрягающее взаимодействие с головкой плазменно-дуговой горелки. Картриджный расходный элемент может дополнительно включать в себя шайбу, находящуюся между внешним компонентом и внутренним компонентом сопла. Шайба содержит один или несколько каналов охлаждения, конфигурация которых обеспечивает регулирование потока газа, текущего по ним.
[0044] В еще одном аспекте, предложен способ сборки многоэлементного картриджного расходного элемента, причем этот картриджный расходный элемент содержит внешний компонент и внутренний компонент для установки в плазменно-дуговую горелку. Способ предусматривает расположение внутреннего компонента внутри полого тела внешнего компонента. Способ также предусматривает осевое сдерживание внешнего компонента относительно переднего участка внутреннего компонента, допуская при этом независимый поворот внутреннего и внешнего компонентов друг относительно друга. Способ дополнительно предусматривает, по существу, подвешивание и радиальную ориентацию - посредством осевого сдерживания - заднего участка внутреннего компонента внутри полого тела внешнего компонента.
[0045] В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает установку многоэлементного картриджного расходного элемента в головку горелки путем расположения головки горелки в полой области между задним участком внутреннего компонента и внешним компонентом. Установка может дать возможность физического сопряжения между катодом головки горелки и выемкой на заднем участке внутреннего компонента. В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает поворот внешнего компонента независимо от внутреннего компонента для скрепления головки горелки с многоэлементным картриджным расходным элементом.
[0046] В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает сборку внутреннего компонента многоэлементного картриджа, которая предусматривает расположение электрода внутри полого тела завихрителя, удержание электрода внутри полого тела путем неподвижного скрепления сопла с дистальным концом завихрителя, и неподвижное скрепление корончатой насадки с проксимальным концом завихрителя. В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает сборку внешнего компонента многоэлементного картриджа, которая предусматривает наформовывание изолирующей накрывающей гильзы на поджимной колпачок и неподвижное соединение экрана с накрывающей гильзой.
[0047] В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает радиальное выравнивание внутреннего компонента по отношению к внешнему компоненту посредством одного или нескольких ребер, расположенных на поверхности, по меньшей мере, одного из внутреннего или внешнего компонентов.
[0048] В еще одном аспекте, предложена корончатая насадка для плазменно-дуговой горелки. Корончатая насадка включает в себя тело, ограничивающее проксимальный и дистальный концы, причем это тело включает в себя электропроводный материал и, по меньшей мере, один приподнятый конструктивный элемент на проксимальном конце тела. Приподнятый конструктивный элемент адаптирован для активации расходного датчика внутри плазменно-дуговой горелки. Корончатая насадка также может включать в себя отклоняющую поверхность на проксимальном конце тела для физического контакта с упругим элементом.
[0049] В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка дополнительно включает в себя поверхность контакта на дистальном конце тела для физического контакта - в течение режима дуги прямого действия плазменно-дуговой горелки - с соответствующей поверхностью электрода. Конфигурация упомянутого, по меньшей мере, одного приподнятого конструктивного элемента обеспечивает активацию расходного датчика путем оказания нажима на расходный датчик при установке корончатой насадки в плазменно-дуговую горелку, что позволяет электрическому току протекать по одной из (i) отклоняющей поверхности к упругому элементу в течение режима вспомогательной дуги плазменно-дуговой горелки или (ii) поверхности контакта к электроду в течение режима дуги прямого действия.
[0050] В некоторых вариантах осуществления, тело корончатой насадки является, по существу, полым и имеет конфигурацию, которая обеспечивает удержание упругого элемента между отклоняющей поверхностью и электродом. Тело корончатой насадки может иметь, по существу, неизменную толщину.
[0051] В некоторых вариантах осуществления, тело корончатой насадки ограничивает полость, конфигурация которой обеспечивает заключение в ней, по меньшей мере, участка катода плазменно-дуговой горелки. Поверхность контакта может находиться на внутренней поверхности тела корончатой насадки, ограничивающей полость.
[0052] В еще одном аспекте, предложен внутренний картриджный расходный элемент многоэлементного картриджного расходного элемента для плазменно-дуговой горелки. Внутренний картриджный расходный элемент включает в себя корончатую насадку, включающую в себя (i) выемку вокруг центральной оси, имеющую форму, обеспечивающую заключение в ней, по меньшей мере, участка катода плазменно-дуговой горелки, и (ii) область выступа, окружающую выемку, вокруг центральной оси, форма которой обеспечивает заключение в ней пружинного компонента. Внутренний картриджный расходный элемент также включает в себя завихритель, ограничивающий дистальный конец и проксимальный конец. Завихритель неподвижно соединен с корончатой насадкой на проксимальном конце завихрителя. Внутренний картриджный расходный элемент дополнительно включает в себя сопло, неподвижно соединенное с завихрителем на дистальном конце завихрителя, и электрод, расположенный в камере, ограниченной в пределах неподвижного соединения корончатой насадки, завихрителя и сопла.
[0053] В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка физически контактирует с катодом и располагается между катодом и электродом. В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка ограничивает отверстие, обеспечивая прохождение через него, по меньшей мере, участка катода для физического контакта с электродом при эксплуатации плазменно-дуговой горелки в режиме дуги прямого действия. Выемке корончатой насадки можно придать конфигурацию, обеспечивающую прохождение катода в пределах внутреннего картриджного расходного элемента.
[0054] В некоторых вариантах осуществления, область выступа корончатой насадки адаптирована для активации расходного датчика внутри плазменно-дуговой горелки. В некоторых вариантах осуществления, участок завихрителя адаптирован для прохождения сквозь отверстие в корончатой насадке для активации расходного датчика внутри плазменно-дуговой горелки.
[0055] В некоторых вариантах осуществления, внутренний картриджный расходный элемент является, по существу, проводящим. В некоторых вариантах осуществления, пружинный компонент адаптирован для прохождения в продольном направлении и, по существу, параллельно катоду при установке многоэлементного картриджного расходного элемента в плазменно-дуговой горелке.
[0056] В некоторых вариантах осуществления, внутренний картриджный расходный элемент дополнительно содержит удерживающий конструктивный элемент, расположенный на поверхности внутреннего картриджного расходного элемента, для поворотного взаимодействия с внешним картриджным расходным элементом многоэлементного картриджного расходного элемента и осевого скрепления с ним. Удерживающий конструктивный элемент может быть расположен на поверхности, по меньшей мере, одного из сопла или завихрителя.
[0057] В еще одном аспекте, предложен способ установки картриджа в плазменно-дуговую горелку. Способ предусматривает сборку внутреннего компонента картриджа, которая предусматривает расположение электрода внутри полого тела завихрителя, который включает в себя дистальный конец и проксимальный конец, захват электрода внутри завихрителя путем неподвижного закрепления сопла на дистальном конце завихрителя, и неподвижное скрепление корончатой насадки с проксимальным концом завихрителя. Способ также предусматривает скрепление головки горелки с картриджем, который включает в себя внутренний компонент и внешний компонент, и нажим - посредством, по меньшей мере, одного приподнятого конструктивного элемента, - на расходный датчик внутри головки горелки плазменно-дуговой горелки. Способ дополнительно предусматривает установление пути электрического тока из источника питания через голову горелки к картриджу на основе упомянутого нажима.
[0058] В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает позиционирование корончатой насадки между катодом головки горелки и электродом, а также радиальное и продольное выравнивание катода, корончатой насадки и электрода. Способ может дополнительно предусматривать обеспечение физического сопряжения между катодом и выемкой корончатой насадки. Способ может дополнительно предусматривать обеспечение физического сопряжения между катодом и электродом посредством отверстия корончатой насадки во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки в режиме дуги прямого действия.
[0059] В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает физический контакт, осуществляемый посредством отклоняющей поверхности на проксимальном конце корончатой насадки, с упругим элементом, а также физический контакт, осуществляемый посредством поверхности контакта на дистальном конце корончатой насадки, с соответствующей поверхностью электрода в течение режима дуги прямого действия плазменно-дуговой горелки. Способ может дополнительно предусматривать обеспечение протекания электрического тока по пути протекания электрического тока по одной из (i) отклоняющей поверхности к упругому элементу в течение режима вспомогательной дуги плазменно-дуговой горелки, или (ii) поверхности контакта к электроду в течение режима дуги прямого действия.
[0060] В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно предусматривает расположение внутреннего компонента внутри полого тела внешнего компонента и осевое сдерживание внутреннего компонента относительно внешнего компонента с одновременным обеспечением независимого поворота внутреннего и внешнего компонентов друг относительно друга. Способ может дополнительно предусматривать, по существу, подвешивание и радиальную ориентацию - посредством осевого сдерживания - заднего участка внутреннего компонента внутри полого тела внешнего компонента. Способ может дополнительно предусматривать радиальное выравнивание внутреннего компонента по отношению к внешнему компоненту посредством одного или нескольких ребер, расположенных на поверхности, по меньшей мере, одного из внутреннего или внешнего компонентов.
[0061] В некоторых вариантах осуществления, приподнятый конструктивный элемент расположен на корончатой насадке или завихрителе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0062] Вышеописанные преимущества изобретения - наряду с дополнительными преимуществами - можно будет лучше понять, обратившись к нижеследующему описанию, рассматриваемому вместе с прилагаемыми чертежами. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, а вместо этого основное внимание уделяется иллюстрации принципов изобретения в целом.
[0063] На фиг.1 представлено сечение возможного картриджа для плазменно-дуговой горелки в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0064] На фиг.2 представлено изометрическое изображение электрода картриджа согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0065] На фиг.3 представлено изометрическое изображение сопла картриджа согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0066] На фиг.4a и 4b представлены, соответственно, изометрическое изображение и вид сбоку завихрителя картриджа согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0067] На фиг.5a и 5b представлены, соответственно, изометрическое изображение и сечение другой конструкции завихрителя, совместимой с картриджем согласно фиг.1, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0068] На фиг.6 представлено поперечное сечение завихрителя картриджа согласно фиг.1 с электродом, выровненным внутри завихрителя, иллюстрирующее возможное отверстие для протекания газа.
[0069] На фиг.7a и 7b представлены, соответственно, изометрическое изображение и сечение корончатой насадки картриджа согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0070] На фиг.8 представлена возможная конструкция экрана, совместимая с картриджем согласно фиг.1, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0071] На фиг.9 представлено изображение в разобранном виде картриджа согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0072] На фиг.10 представлено сечение другого возможного картриджа для плазменно-дуговой горелки в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0073] На фиг.11 представлено возможная конфигурация поджимного колпачка картриджа согласно фиг.10 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0074] На фиг.12a и 12b представлены, соответственно, вид сбоку снаружи и сечение на виде сбоку возможной накрывающей гильзы, наформовываемой на поджимной колпачок согласно фиг.11, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0075] На фиг.13 представлено возможная конфигурация изолирующего компонента, который может быть частью внешнего компонента картриджа согласно фиг.10, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0076] На фиг.14a-c представлены различные виды изолирующего компонента согласно фиг.13, неподвижно крепящегося к накрывающей гильзе, и поджимного колпачка в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0077] На фиг.15 представлена возможная конфигурация экрана, который может быть частью внешнего компонента картриджа согласно фиг.10, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0078] На фиг.16 представлен другой возможный экран, который совместим с картриджем согласно фиг.10, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0079] На фиг.17 представлена возможная конфигурация сопла картриджа согласно фиг.10 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0080] На фиг.18 представлено поперечное сечение узла, содержащего сопло, поджимной колпачок и экран картриджа, согласно фиг.10 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0081] На фиг.19a-c представлены различные виды другой возможной конфигурации завихрителя 1007 картриджа 1000 согласно фиг.10 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0082] На фиг.20a и b представлены возможные конфигурации корончатой насадки картриджа согласно фиг.10 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0083] На фиг.21 показана возможная вставка между соплом и внешним компонентом картриджа согласно фиг.10 для управления потоком газа в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0084] На фиг.22 показана возможная плазменно-дуговая горелка, включающая в себя картридж согласно фиг.10 и головку горелки, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0085] На фиг.23 представлена возможная конфигурация головки горелки согласно фиг.22 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0086] На фиг.24a и b показаны возможные пути протекания тока вспомогательной дуги через картридж согласно фиг.10 во время инициирования вспомогательной дуги в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0087] На фиг.25 показан возможный путь протекания тока дуги прямого действия через картридж согласно фиг.10 во время эксплуатации горелки в режиме дуги прямого действия в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0088] На фиг.26 представлен возможный путь потока газа через картридж согласно фиг.10 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0089] На фиг.27 представлено изображение в разобранном виде картриджа согласно фиг.10 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0090] На фиг.1 представлено сечение возможного картриджа 100 для плазменно-дуговой горелки в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Как показано, картридж 100 включает в себя торцевую крышку 106 (например, корончатую насадку), завихритель 102, электрод 104 и сопло 108, ориентированные, по существу, симметрично вокруг продольной оси A. Картридж 100 может дополнительно включать в себя упругий элемент 122 и/или уплотнение 150. В картридже 100 возможно использование механизма контактного пуска «с обратным ударом пламени», предназначенного для контактного пуска плазменно-дуговой горелки после сборки с получением горелки. В частности, электрод 104 может быть пружинящим вперед электродом, и это означает, что упругий элемент 122 (например, пружина) может прикладывать разделяющую силу к проксимальному концу 124 электрода 104, чтобы отклонить электрод 104 от торцевой крышки 106 к соплу 108.
[0091] На фиг.2 представлено изометрическое изображение электрода 104 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Как показано, электрод 104 включает в себя набор ребер 114 в форме спирали для направления потока газа и облегчения охлаждения картриджа 100. Как показано на фиг.1, в дистальном конце 125 электрода 104 может быть расположена излучающая вставка 142 (т.е. излучатель), так что излучающая поверхность оказывается раскрытой. Вставка 142 может быть изготовлена из гафния или других материалов, которые обладают подходящими физическими характеристиками, включая стойкость к коррозии и высокую термионную излучательную способность. Для придания электроду 104 начальной формы перед окончательной механической обработкой этого компонента на станке, можно использовать ковку, ударное выдавливание или холодную штамповку.
[0092] Сопло 108 может отстоять от дистального конца 125 электрода 104 и ограничивать - по отношению к электроду 104 - камеру 140 плазмы. На фиг.3 представлено изометрическое изображение сопла 108 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Сопло 108 включает в себя распложенное по центру выходное отверстие 144 для подведения плазменной дуги, такой, как струя ионизированного газа, к заготовке (не показана), подлежащей резке.
[0093] В некоторых вариантах осуществления, завихритель 102 имеет набор радиально разнесенных отверстий 136 для протекания газа, конфигурация которых обеспечивает придание тангенциальной составляющей скорости потоку газа для плазменно-дуговой горелки, вызывая завихрение потока газа. Это завихрение приводит к созданию вихря, который сужает дугу и стабилизирует положение дуги на вставке 142. В некоторых вариантах осуществления, на наружной поверхности завихрителя 102 у его проксимального конца 112 может находиться уплотнение 150, такое, как уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения, для взаимодействия с внутренней поверхностью (не показана) корпуса плазменно-дуговой горелки, когда картридж 100 устанавливают в корпус плазменно-дуговой горелки. Конфигурация уплотнения 150 обеспечивает герметичное уплотнение, препятствующее прохождению текучих сред (например, газов) между картриджем 100 и корпусом плазменно-дуговой горелки в том месте.
[0094] На фиг.4a и 4b представлены, соответственно, изометрическое изображение и вид сбоку завихрителя 102 картриджа 100 согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Как показано, завихритель 102 может быть ограничен по существу, полым удлиненным телом 103, имеющим дистальный конец 110 и проксимальный конец 112 вдоль продольной оси A. Дистальный конец 110 завихрителя 102 характеризуется как конец, ближайший к заготовке, когда картридж 100 эксплуатируют внутри плазменно-дуговой горелки, а проксимальный конец 112 противоположен дистальному концу 110 вдоль продольной оси A. В некоторых вариантах осуществления, размеры полого тела 103 завихрителя 102 позволяют заключать в него электрод 104 и позволяют электроду 104 проходить, по существу, на протяжении всей своей длины в этом теле вдоль продольной оси A. Таким образом, внутренняя стенка завихрителя 102 может радиально выравнивать электрод 104, ограничивая радиальное перемещение электрода 104. Между дистальным концом 110 завихрителя 102 и соплом 108 можно сформировать зону 118 сопряжения, чтобы состыковать эти два расходных компонента воедино как часть картриджа 100. Между проксимальным концом 112 завихрителя 102 и торцевой крышкой 106 можно сформировать зону 120 сопряжения, чтобы состыковать эти два расходных компонента воедино как часть картриджа 100. В общем случае, зона 118 сопряжения и/или зона 120 сопряжения образуют камеру, в которой электрод 104 постоянно находится и выровнен (продольно и радиально) относительно сопла 108 и торцевой крышки 106.
[0095] В некоторых вариантах осуществления, упомянутое одно или несколько отверстий 136 для протекания газа завихрителя 102 расположены вокруг дистального конца 110 удлиненного тела 103 этого кольца, скажем, по окружности его дистального конца 110. В некоторых вариантах осуществления, упомянутое одно или несколько отверстий 136 для протекания газа получены при формовании. Каждое отверстие 136 для протекания газа может простираться от внутренней поверхности до внешней поверхности удлиненного тела 103 и ориентировано так, что сообщает протекающему сквозь него газу (например, воздуху) вихревое движение относительно оси A. Каждое отверстие 136 для протекания газа может быть - по геометрии - круглым или некруглым (например, прямоугольным, квадратным и/или прямоугольным). В некоторых вариантах осуществления, отверстия 136 для протекания газа имеют, по существу, неизменные размеры. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.4a и 4b, отверстия 136 для протекания газа, по меньшей мере, частично ограничены щелями 202 на дистальном конце 110 удлиненного тела 103 завихрителя 102. Эти щели 202 для протекания газа образованы множеством надставок 204, разнесенных через регулярные или нерегулярные интервалы по окружности дистального конца 110, причем каждая щель 202 находится между надставками 204, составляющими пару. После надежного крепления завихрителя 102 к соплу 108, щели 202 огорожены проксимальным концом сопла 108, чтобы создать ограниченные отверстия. Следовательно, каждое отверстие 136 для протекания газа может быть двухэлементным составным отверстием, которое ограничено взаимодействующими соплом 108 и завихрителем 102.
[0096] В некоторых вариантах осуществления, для образования зоны 118 сопряжения между завихрителем 102 и соплом 108, завихритель 102 может включать в себя поверхность 216, удерживающую сопло (например, внутреннюю и/или наружную поверхность), удлиненного тела 103 для надежного закрепления сопла 108 на его дистальном конце 110. В одном примере, как изображено на фиг.4a и b, поверхность 216, удерживающая сопло, может быть таким конструктивным элементом, как одна или несколько канавок, находящихся на наружной поверхности удлиненного тела 103, скажем, на надставках 204. Поверхность 216, удерживающая сопло, может захватывать сопло 108 с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие или свинчивание, образуя зону 118 сопряжения. В примере с обжатием, участок сопла 108 может быть обжат у канавки 216 и вжат в нее, надежно крепя сопло 108 к завихрителю 102. В альтернативном варианте, аналогичная удерживающая поверхность может быть расположена на сопле 108 для соединения завихрителя 102 с ним. Для соединения этих двух компонентов применимы и жизнеспособны также другие варианты изготовления и сборки. Например, сопло 108 может быть наформовываемым на завихритель 102 с образованием зоны 118 сопряжения.
[0097] На фиг.5a и b представлены, соответственно, изометрическое изображение и сечение другого завихрителя 702, совместимого с картриджем 100 согласно фиг.1, Как показано, завихритель 702, по существу, аналогичен завихрителю 102 за исключением того, что поверхность 716, удерживающая сопло, завихрителя 702 содержит наклонную поверхность под некоторым углом наклона относительно продольной оси A. Наклонная поверхность 716 может быть адаптирована для захвата сопла 108 с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие или свинчивание, с образованием зоны 118 сопряжения согласно фиг.1.
[0098] В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.4a и b, для образования зоны 120 сопряжения между завихрителем 102 и торцевой крышкой 106, завихритель может включать в себя конструктивный элемент 230, удерживающий крышку, находящийся на поверхности (например, внутренней и/или наружной поверхности) удлиненного тела 103, для надежного удержания торцевой крышки 106 на своем проксимальном конце 112. Конструктивный элемент 230, удерживающий крышку, может представлять собой одну или несколько канавок, которые захватывают торцевую крышку 106 с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие или свинчивание, с образованием зоны 120 сопряжения. Например, участок торцевой крышки 106 может быть вжат в канавку (канавки) 230 для надежного крепления торцевой крышки 106 к завихрителю 102. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.1 и 4b, внутрь торцевой крышки 106 после сочленения этих двух компонентов воедино вставляют кромочный участок 232 проксимального конца 112 завихрителя 102. В альтернативном варианте, аналогичный удерживающий конструктивный элемент может быть расположен вокруг торцевой крышки 106 для соединения с завихрителем 102. Для соединения этих двух компонентов применимы и жизнеспособны также другие варианты изготовления и сборки. Например, торцевая крышка 106 может быть наформовываемой на завихритель 102 для образования зоны 120 сопряжения. На поверхности завихрителя 702 согласно фиг.5a и b можно разместить аналогичный конструктивный элемент 730, удерживающий крышку и выполняющий, по существу, такую же функцию, как конструктивный элемент 230, удерживающий крышку.
[0099] В общем случае, каждая из удерживающих поверхностей 216 или каждый из удерживающих элементов 230 согласно фиг.4a и b упрощает выравнивание деталей в картридже 100 по сравнению со случаем, когда оператору приходится проводить выравнивание отдельных компонентов без каких-либо конструктивных направляющих средств. В некоторых вариантах осуществления, крепление завихрителя 102 к соплу 108 в зоне 118 сопряжения посредством удерживающего элемента 216 приводит к выравниванию этих двух компонентов друг относительно друга и дополнительно - к удержанию электрода 104 в камере, образованной путем скрепления завихрителя 102 и сопла 108. Внутренняя стенка завихрителя 102 может радиально выравнивать электрод 104 таким образом, что между внутренней стенкой завихрителя 102 и радиальными ребрами 114 электрода 104 возникает относительно малый зазор, тем самым ограничивая радиальное перемещение электрода 104. Следовательно, это приводит к установлению радиальной центровки радиального отверстия 144 сопла по отношению к дистальному концу 125 электрода 104 внутри камеры, скажем в пределах допуска, составляющего примерно 0,13 мм (0,005 дюйма). В некоторых вариантах осуществления, скрепление завихрителя 102 с торцевой крышкой 106 в зоне 120 сопряжения посредством удерживающего элемента 230 приводит к выравниванию этих двух компонентов друг относительно друга и дополнительно - к продольному выравниванию электрода 104 в камере. Например, после соединения завихрителя 102 и торцевой крышки 106, глубина заглубленного центра 304 торцевой крышки 106 обеспечивает управление тем, насколько далеко назад может продольно перемещаться электрод 104 к проксимальному концу 124 по отношению к соплу 108 в течение режима дуги прямого действия (например, когда поток газа используется для отклонения электрода 104 в контакт с торцевой крышкой 106), скажем, в пределах расстояния «обратного удара пламени», составляющего от 0,51 до 3,05 мм (0,02 до 0,12 дюйма). Скрепление завихрителя 102 с торцевой крышкой 106 в зоне 120 сопряжения посредством удерживающего элемента 230 также приводит к креплению упругого элемента 122 внутри картриджа 100 с одновременным точным позиционированием упругого элемента 122 относительно проксимального конца 124 электрода 104. В дополнение к этому, соединение сопла 108 с завихрителем 102 способствует ограничению продольного перемещения электрода 104 пределами расстояния «обратного удара пламени» между дистальным концом 125 электрода 104 и выходным отверстием 144 сопла во время работы в режиме дуги прямого действия. Такое ограничение, накладываемое на продольное перемещение электрода 104, способствует точности и воспроизводимости инициирования плазменной дуги при эксплуатации горелок. Аналогичным образом, каждая из удерживающих поверхностей 716 или каждый из удерживающих элементов 730 согласно фиг.5a и b упрощает выравнивание деталей в картридже 100 при сборке завихрителя 702 в картридж 100.
[00100] В некоторых вариантах осуществления, отверстиям 136 для протекания газа завихрителя 102 приданы надлежащие формы и размеры для интенсификации завихрения потока газа, проходящего сквозь них. На фиг.6 представлено поперечное сечение завихрителя 102 картриджа 100 согласно фиг.1 с электродом 104, радиально выровненным внутри завихрителя 102, иллюстрирующее возможное отверстие 136 для протекания газа.
[00101] Как показано, завихритель 102 и электрод 104 имеют общий центр 602. Ширина W представляет собой осевую ширину по кривой каждого отверстия 136 для протекания газа (показано лишь одно отверстие для протекания газа). Длина R представляет собой среднее расстояние (радиус) между центром электрода 104 и радиусом кольцевого пространства между наружной поверхностью тела электрода и внутренней стенкой завихрителя 102, измеряемым от общего центра 602. В некоторых вариантах осуществления, отношение W/R составляет менее чем около 0,5. Это значение позволяет потоку газа, попадающему в отверстие 136 для протекания газа, натыкаться на поверхность электрода 104 до некоторой степени перпендикулярно, увеличивая турбулентность газа и интенсифицируя охлаждение электрода. В отличие от этого, при традиционной конструкции отверстия для протекания газа, отношение W/R составляет около 1,0, что заставляет газ натыкаться на поверхность электрода 104, по большей мере, тангенциально. Существенно перпендикулярное столкновение (в противоположность тангенциальному столкновению) генерирует распределение большего потока, более неизменное завихрение потока газа и лучшее охлаждение электрода 104. В некоторых вариантах осуществления, срок службы электрода 104 продляется на 25 %, когда отношение W/R составляет менее чем около 0,5. Это конструктивное отношение применимо к отверстиям 136 для протекания газа, представленным щелями 202, сформованными на дистальном конце 110 завихрителя 102 или огороженными отверстиями (не показаны), образованными, сформованными или просверленными в дистальном конце 110.
[00102] В некоторых вариантах осуществления, вокруг дистального конца 110 завихрителя 102 располагают лишь один ряд отверстий 136 для протекания газа. Например, вокруг завихрителя 102 возможен один ряд из двенадцати симметрично расположенных отверстий 136 для протекания газа. В отличие от этого, традиционные конструкции завихрителей имеют два или более рядов (слоев) отверстий для протекания газа, причем некоторые традиционные завихрители имеют по восемнадцать отверстий в ряду. Благодаря сокращенному количеству отверстий 136 для протекания газа в рассматриваемой конструкции, ширина W отдельных отверстий 136 для протекания газа увеличивается, что приводит к генерированию одинаковой силы завихрения потока газа и поддержанию одинаковой результирующей площади поперечных сечений всех вместе отверстий 136 для протекания газа по сравнению с традиционными конструкциями. В дополнение к этому, для каждого отверстия 136 для протекания газа, смещение O между отверстием 604 во внутренней стенке завихрителя 102 и отверстием 606 на внешней стенке завихрителя 102 сокращается (например, до величины, меньшей, чем примерно около 1 мм (0,040 дюйма, или равной ей)), тогда как такое смещение, связанное с отверстиями для протекания газа в традиционной конструкции завихрителя, в общем случае больше (например, около 3,05 мм (0,12 дюйма)), вследствие чего количество отверстий 136 для протекания газа сокращается в связи с нахождением отверстий 136 в одном-единственном ряду, изготовление в течение времени рабочего цикла упрощается, затраты на материалы сокращаются, и все это более совместимо с подходом, предусматривающим литьевое формование, при изготовлении завихрителя 102. Конструкция отверстия для протекания газа, описанная применительно к завихрителю 102, применима также к завихрителю 702 согласно фиг.5a и b.
-6
-1
-6
-1
TM
[00103] В некоторых вариантах осуществления, завихритель 102 или 702 изготавливают посредством литьевого формования одного или нескольких высокотемпературных термопластов, содержащих полимер, образованный из молекул простого эфира и кетона (например, соединение на основе эфиркетона), такой, как полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиарилэфиркетон (ПАЭК), полиарилэфиркетонкетон (ПАЭКК), полиэфиркетонэфиркетон-кетон (ПЭКЭКК) и их варианты. Возможные термопласты также включают в себя полиамидимид (ПАИ), полиэфиримид (ПЭИ) и/или политетрафторэтилен (ПТФЭ). В некоторых вариантах осуществления, свойства, связанные с термопластами, подходящими для изобретения, предусматривают: температуру стеклования (Tg), превышающую примерно 160 градусов по Цельсию (320 градусов по Фаренгейту (°F)); (ii) коэффициент линейного теплового расширения (КЛТР), меньший, чем примерно 22×10×°F (22 микродюйма на дюйм - градус по Фаренгейту (мкдм/дм×°F) при температуре ниже Tg, (iii) КЛТР, меньший, чем примерно 55×10×°F (55 мкдм/дм×°F) при температуре выше Tg; (iv) температуру плавления, превышающую примерно 382,2 градуса по Цельсию (720 °F); и (v) электрическую прочность диэлектрика, превышающую примерно 18,898 кВ/мм (480 киловольт/дюйм). Применение термопластов для изготовления завихрителей сокращает затраты на картриджи по сравнению, например, с соединениями Vespel, Torlon, Celazole или Phenolic либо другими термореактивными пластиками, которые являются материалами, применяемыми в настоящее время для изготовления завихрителей, но сравнительно дороже стоят и обуславливают затрудненное применение. Вместе с тем, известно, что термопласты имеют рабочие температуры, которые ниже, чем термореактивный Vespel™, что может - в общем случае - оказывать потенциальное влияние на целостность завихрителей и срок службы электродов. Чтобы решить проблемы работоспособности при высоких температурах, завихритель 102 или 702 может быть изготовлен из термопластичных смол, имеющих одну или несколько укрепляющих добавок для обеспечения желаемой термической стойкости и/или удельной теплопроводности, что позволяет эффективно использовать термопласт (термопласты) в картриджах и/или завихрителях. Возможные укрепляющие добавки включают в себя стекловолокна, минералы, частицы нитрида бора (НБ), кубического НБ и/или Vespel™. В качестве примера, отметим, что для изготовления завихрителя 102 или 702 можно применять такой материал как полиимид/полиэфирэфиркетон (ПИ/ПЭЭК), являющийся термостойким материалом, который может включать в себя примерно 50 % повторно используемых частиц Vespel™. В дополнение к этому, завихритель 102 или 702 располагают в таком месте в картридже 100, которое позволяет избежать воздействия наивысших рабочих температур во время эксплуатация горелки. Таким образом, использование термопластичного материала на практике для изготовления завихрителя 102 вряд ли повлияет на целостность завихрителя 102 или 702. Помимо этого, когда наступает событие окончания срока службы электрода 104, которое также означает конец срока службы картриджа 100, пластичный материал размягчается, что не влияет на операцию резания в течение срока службы расходного материала. В отличие от этого, известные завихрители на термореактивной основе, использование которых многократно повторяется с различными наборами электродов и сопел, обычно имеют сроки службы, в 20-30 раз превышающие сроки службы электродов и сопел. Эти сроки службы накладывают требования и порождают спрос на завихрители, что может привести к чрезмерно габаритной конструкции, а также к неудовлетворительным рабочим характеристикам, поскольку завихрители могут подвергаться температурному короблению (например, расширению и/или усадке) на протяжении сроков своей службы, приводя к разным посадкам, зонам сопряжения и рабочим характеристикам, основанным на конкретном моменте срока службы.
[00104] В некоторых вариантах осуществления, удлиненное тело 103 завихрителя 102 формируют методом литьевого формования (например, литьевого формования термопластов). В некоторых вариантах осуществления, если отверстия 136 для протекания газа включают в себя щели 202, ограниченные дистальным концом 110 завихрителя 102, то щели 202 можно формировать одновременно с удлиненным телом 103 посредством того же процесса литьевого формования термопластов. В общем случае, щели 202 для протекания газа - в отличие от просверленных отверстий в соответствии с традиционными конструкциями для создания проточных каналов газа - оказываются более совместимыми с методом литьевого формования при формировании завихрителя 102. Таким образом, формование щелей 202 для протекания газа в теле 103 завихрителя исключает дополнительный этап сверления отверстий в теле 103. Использование щелей 202 для протекания газа вместо просверленных отверстий в конструкции завихрителя также может привести к сокращению затрат на материалы и затрат в течение длительного времени цикла, связанного с операциями сверления. Конструктивный элемент 216, удерживающий сопло, и/или конструктивный элемент 230, удерживающий крышку, также можно формировать одновременно с удлиненным телом 103 посредством процесса литьевого формования термопластов. Следовательно, наибольшую часть завихрителя 102, если не все завихритель, можно изготовить с помощью рентабельного одиночного процесса литьевого формования. В целом, процесс формования термопластов, предназначенный для формирования завихрителя 102 обеспечивает подход, при котором изготовление оказывается быстрее и дешевле, по сравнению с традиционными процессами. Процессы и материалы для изготовления завихрителя 102 согласно фиг.4a и b можно также использовать для изготовления завихрителя 702 согласно фиг.5a и b.
[00105] На фиг.7a и b представлены, соответственно, изометрическое изображение и сечение торцевой крышки 106 (например, корончатой насадки) картриджа 100 согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Торцевая крышка 106 выполняет, по меньшей мере, одну из следующих функций: (i) надежное взаимодействие с завихрителем 102 или 702 на его проксимальном конце 112 для образования зоны 120 сопряжения и тем самым - выравнивания электрода 104; (ii) обеспечение держателя для упругого элемента 122; и (iii) пропускание электрического тока к электроду 104 в конфигурации контактного пуска «с обратным ударом пламени». Как изображено, торцевая крышка 106 имеет, по существу, полое тело 300, ограничивающее проксимальный конец 320 и дистальный конец 322. Полое тело 300 включает в себя круговой туннельный участок 302 и заглубленный центр 304, простирающиеся от проксимального конца 320 торцевой крышки 106. В некоторых вариантах осуществления, тело 300 торцевой крышки 306 имеет, по существу, неизменную толщину, тем самым способствуя созданию эффективного канала неизменного тока и помогая установить точное выравнивание расходных материалов. Неизменная толщина торцевой крышки 106 - в сочетании с методом изготовления штамповкой - также упрощает изготовление и минимизирует время цикла изготовления, вес расходных материалов и повышает коэффициент использования материалов.
[00106] В некоторых вариантах осуществления, внутренняя поверхность 308 кругового туннельного участка 302 на проксимальном конце 320 ограничивает отклоняющую поверхность для физического контакта и электрической связи с упругим элементом 122. Упругий элемент 122 может отклоняться к проксимальному концу 124 электрода 104, чтобы переместить электрод 104 от торцевой крышки 106. То есть, упругий элемент 122 находится между отклоняющей поверхностью 308 торцевой крышки 106 и проксимальным концом 124 электрода 104 и физически контактирует с ними, так что упругий элемент 122 прикладывает разделяющую силу между электродом 104 и отклоняющей поверхностью 308.
[00107] В некоторых вариантах осуществления, внутренняя поверхность 310 заглубленного центра 304 торцевой крышки 106 на дистальном конце 322 ограничивает поверхность контакта, конфигурация которой обеспечивает физический контакт и электрическую связь с соответствующей поверхностью 128 контакта электрода 104 на его проксимальном конце 124. В течение режима дуги прямого действия, поверхность 310 контакта торцевой крышки 106 упирается в соответствующую поверхность 128 контакта электрода 104. Вместе с тем, во время инициирования вспомогательной дуги в режиме вспомогательной дуги, поверхность 310 контакта отодвинута от соответствующей поверхности 128 контакта, что определяется отсутствием контакта между этими двумя поверхностями.
[00108] Упругий элемент 122 в общем случае поддерживается внутри картриджа 100 между торцевой крышкой 106 и электродом 104. В некоторых вариантах осуществления, упругий элемент 122 крепится либо к торцевой крышке 106, либо к электроду 104. В других вариантах осуществления, упругий элемент 122 крепится и к электроду 104, и к торцевой крышке 106. Например, упругий элемент 122 можно крепить посредством сварки, пайки мягким припоем, адгезионного связывания, механического скрепления, посадки с натягом по диаметру или фрикционной посадки другого типа на торцевую крышку 106 и/или электрод 104. В некоторых вариантах осуществления, конфигурация упомянутого, по существу, полого тела 300 торцевой крышки 106 обеспечивает заключение упругого элемента 122 между ее отклоняющей поверхностью 308 и проксимальным концом 124 электрода 104. Например, круговой туннельный участок 302 торцевой крышки 106 может функционировать как держатель упругого элемента 122. В частности, упругий элемент 122 можно удерживать на месте посредством отклоняющей поверхности 308, внутренней поверхности 312 внутренней полости и внешней поверхности 314 внутренней полости туннельного участка 302, где диаметр внутренней поверхности 312 внутренней полости по отношению к продольной оси несколько меньше, чем внутренний диаметр упругого элемента 122, а диаметр внешней поверхности 314 внутренней полости по отношению к продольной оси несколько больше, чем внешний диаметр упругого элемента 122.
[00109] В некоторых вариантах осуществления, радиальное перемещение упругого элемента 122 дополнительно ограничивается проксимальным концом 112 завихрителя 102 или 702 после скрепления завихрителя 102 или 702 с торцевой крышкой 106. Как показано на фиг.1, после сочленения торцевой крышки 106 с завихрителем 102 (например, путем вжатия в канавку 230 взаимодействия крышки), кромочный участок 232 завихрителя 102 может заходить внутрь кругового туннельного участка 302 торцевой крышки 106. Следовательно, кромочный участок 232 может дополнительно ограничивать и направлять позиционирование упругого элемента 122 внутри торцевой крышки 106.
[00110] В некоторых вариантах осуществления, конфигурация торцевой крышки 106 обеспечивает ее электрическую связь с источником питания (не показан), когда картридж 100 устанавливают внутри горелки. Это дает возможность току протекать из источника питания к электроду 104 через упругий элемент 122 и/или поверхность 310 контакта, в зависимости от режима эксплуатации горелки. В некоторых вариантах осуществления, в торцевой крышке 106 находится, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие 316 (или выходное отверстие для газа), простирающееся от внутренней поверхности до внешней поверхности тела 300 для охлаждения картриджа 100. Например, вентиляционное отверстие 316 может находиться на круговом участке 302. В альтернативном варианте, вентиляционное отверстие (вентиляционные отверстия) 316 в торцевой крышке 106 отсутствует (отсутствуют).
[00111] В одном возможном варианте эксплуатации, во время инициирования вспомогательной дуги, источник питания выдает ток вспомогательной дуги на торцевую крышку 106, и этот ток вспомогательной дуги пропускается к электроду 104 через упругий элемент 122, который отклоняет электрод 104 к соплу 108. Поскольку упругий элемент 122 вынуждает электрод 104 упираться в сопло 108, физический контакт и электрическая связь между поверхностью 310 контакта торцевой крышки 106 и соответствующей поверхностью 128 контакта электрода 104 отсутствуют. Конфигурация упругого элемента 122 может обеспечивать прохождение, по существу, всего тока вспомогательной дуги от торцевой крышки 106 к электроду 104.
[00112] Во время инициирования вспомогательной дуги, в камеру 140 плазмы между электродом 104 и соплом 108 вводится газ. Давление газа внутри камеры 140 плазмы может нарастать до тех пор, пока давление не окажется достаточным, чтобы преодолеть разделяющую силу, прикладываемую упругим элементом 122. В этот момент, давление газа перемещает электрод 104 к торцевой крышке 106, отодвигая его от сопла 108, вдоль продольной оси A (и сжимая при этом упругий элемент 122) до тех пор, пока соответствующая поверхность 128 контакта электрода 104 не вступит в физический контакт с поверхностью 310 контакта торцевой крышки 106. По мере отвода электрода 104 от сопла 108 за счет давления газа, в камере 140 плазмы генерируется или инициируется дуга, вследствие чего образуется плазменная дуга или струя плазмы, перенос которой возможен к заготовке (не показана).
[00113] В течения режима дуги прямого действия, соответствующая поверхность 128 контакта электрода 104 осуществляет взаимодействие, по существу, в планарном физическом контакте с поверхностью 310 контакта торцевой крышки 106, устанавливая электрическую связь (например, между торцевой крышкой 106 и электродом 104 в зоне сопряжения поверхности 310 контакта и соответствующей поверхности 128 проходит электрической ток). Когда поверхность 310 контакта торцевой крышки 106 упирается в соответствующую поверхность 128 электрода 104, путь тока устанавливается таким образом, что, по меньшей мере, часть тока проходит непосредственно между этими двумя компонентами. Когда дуга перенесена на заготовку, в горелку подается ток резания (например, в течение режима дуги прямого действия). Во время работы в режиме дуги прямого действия, ток резания можно пропускать от торцевой крышки 106 к электроду 104 через (1) упругий элемент 122 и/или (2) зону сопряжения между поверхностями 310, 128 контакта. В некоторых вариантах осуществления, путь тока непосредственно между торцевой крышкой 106 и электродом 104 обладает меньшим сопротивлением или большей проводимостью, чем путь тока от торцевой крышки 106 через упругий элемент 122 к электроду 104. Следовательно, по существу, весь электрической ток для поддержания плазменной дуги (в режиме дуги прямого действия) может быть пропущен непосредственно между поверхностями 128, 310 контакта.
[00114] В некоторых вариантах осуществления, упругий элементом 122 выполнен из материала, который облегчает и проведение электрического тока, и рассеяние тепла, обуславливаемого температурой и связанного с током, чтобы предотвратить расплавление упругого элемента 122. Например, материал упругого элемента 122 можно выбрать на основе номинального тока для этого материала. В некоторых вариантах осуществления, упругий элемент 122 содержит цилиндрическую винтовую пружину сжатия, проволоку или металлическую полоску. Например, конфигурации упругого элемента 122 разных типов описаны в заявке на патент США 13/344860, которая переуступлена фирме Hypertherm, Inc., Ганновер, штат Нью-Гемпшир, США, и содержание которой во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.
[00115] В некоторых вариантах осуществления, торцевая крышка 106 изготовлена из электропроводного материала, такого, как медь, сплав меди, латунь, или другие материалы, пригодные для пропускания тока и во время эксплуатации в режиме вспомогательной дуги, и во время эксплуатации в режиме дуги прямого действия. Торцевую крышку 106 можно сформировать, воспользовавшись подходом, предусматривающим штамповку из заготовки.
[00116] В другом аспекте, картридж 100 может дополнительно включать в себя экран. На фиг.8 показан возможный экран 600, совместимый с картриджем 100 согласно фиг.1, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Экран 600 может быть изготовлен из проводящего материала, такого, как медь или серебро. Экран 600 можно прикрепить к соплу 108 с помощью одного из таких средств, как обжатие, свинчивание и соединение на защелках. В некоторых вариантах осуществления, в сопле 108 расположен проточный канал (не показан), обеспечивающий протекание через него или через сопло 108 газа (например, защитного газа) к экрану 600.
[00117] На фиг.9 представлено изображение в разобранном виде картриджа 100 согласно фиг.1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. На фиг.9 показаны сопло 108, электрод 104, завихритель 102, упругий элемент 122, уплотнение 150 и торцевая крышка 106 в разобранном состоянии перед формированием картриджа 100. В некоторых вариантах осуществления, вставка 142 также является частью картриджа 100. Во время сборки, электрод 104 заключают в камеру, образованную путем сочленения сопла 108 с дистальным концом 110 завихрителя 102. Сопло 108 можно надежно прикрепить к внешней стенке завихрителя 102 посредством удерживающего элемента 216 (например, канавки, расположенной на завихрителе 102, в которую вжимают сопло 108, или витка резьбы, на которую сопло 108 навинчивают). Это межсоединение приводит к закреплению электрода 104 внутри картриджа 100, а внутренняя стенка завихрителя выравнивает электрод 104 в осевом направлении вокруг продольной оси С по отношению к соплу 108 таким образом, что осевое перемещение электрода 104 оказывается ограниченным. Упругий элемент 122 вставляют в завихритель 102 с его проксимального конца 112 до тех пор, пока он не вступит в контакт с проксимальным концом 124 электрода 104 внутри завихрителя 102. Затем торцевую крышку 106 надежно крепят к проксимальному концу 112 завихрителя 102, по существу, заключая упругий элемент 122 в пределы кругового участка 304 торцевой крышки 106 и выравнивая упругий элемент в осевом направлении относительно торцевой крышки 106. Торцевую крышку 106 можно соединить с завихрителем 102 посредством удерживающего элемента 230 (например, канавки, расположенной на завихрителе 102, в которую торцевую крышку 106 вжимают, или витка резьбы, на которую торцевую крышку 106 навинчивают). Это межсоединение позволяет отклоняющей поверхности 308 торцевой крышки 106 отклонять упругий элемент 122 к проксимальному концу электрода 104, тем самым отводя его в положение, где он упирается в сопло 108. Это межсоединение также обуславливает продольное выравнивание электрода 104 по отношению к торцевой крышке 106 таким образом, что в течение режима дуги прямого действия можно лишь отводить электрод 104 от сопла 108 достаточно далеко, пока он не упрется в поверхность 310 контакта заглубленного участка 304 торцевой крышки 106. Помимо этого, уплотнение 150 можно расположить вокруг внешней поверхности проксимального конца 112 завихрителя 102 - либо перед креплением торцевой крышки 106 к завихрителю 102, либо после крепления его к нему. В некоторых вариантах осуществления, завихритель 702 согласно фиг.5a и b используется в картридже 100 вместо завихрителя 102.
[00118] В некоторых вариантах осуществления, предложен способ сборки картриджа 100 согласно фиг.1, Сначала формуют термопластичный материал, придавая ему форму завихрителя 102 или 702. В течение того же процесса формования можно создавать различные конструктивные элементы завихрителя 102 или 702, такие, как отверстия 136 для протекания газа и/или поверхность 216, удерживающую сопло, формуя ее на дистальном конце 110 завихрителя 102. Аналогичные конструктивные элементы можно сформировать на завихрителе 702. Во время сборки, электрод 104 можно расположить внутри полого тела завихрителя 102 или 702. Внутренняя стенка завихрителя 102 или 702 может радиально выравнивать электрод 104. Электрод можно удерживать внутри завихрителя 102 или 702 путем неподвижного крепления сопла 108 к дистальному концу 110 завихрителя 102 или 702 посредством поверхности 216 или 716, удерживающей сопло, соответственно. Например, неподвижного крепления можно достичь с помощью одного из таких средств, как обжатие, свинчивание или соединение на защелках по отношению к поверхности 216 или 716, удерживающей сопло. При скреплении сопла 108 с завихрителем 102 или 702, устанавливается радиальная центровка радиального отверстия 144 сопла по отношению к дистальному концу 125 электрода 104. Электрод 104 может быть продольно выровнен относительно сопла 108 путем неподвижного крепления торцевой крышки 106 к проксимальному концу 112 завихрителя 102 или 702 посредством элемента 230 или 730, удерживающего крышку, соответственно, вследствие чего установится продольное выравнивание во время работы картриджа 100 в режиме дуги прямого действия, когда поток газа используют для отклонения электрода 104 в контакт с торцевой крышкой 106. В частности, в течение режима дуги прямого действия, продольное выравнивание включает в себя сдерживание продольного перемещения электрода 104 в пределах расстояния «обратного удара пламени», ограниченного дистальным концом 125 электрода 104 и выходным отверстием 144 сопла 108. В некоторых вариантах осуществления, упругий элемент 122 вставляют в торцевую крышку 106 и заключают в туннельном участке 302 торцевой крышки 106 до скрепления торцевой крышки с завихрителем 102 или 702. В некоторых вариантах осуществления, на наружной поверхности завихрителя 102 или 702 - на его проксимальном конце 112 - можно разместить уплотнение 150, такое, как имеющее форму уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, чтобы осуществить взаимодействие с внутренней поверхностью корпуса плазменно-дуговой горелки (не показана), когда картридж 100 устанавливают в корпус плазменно-дуговой горелки.
[00119] Результаты испытаний показали, что конструкция картриджа 100 согласно фиг.1, эксплуатируемая при токе 105 А, может обладать рабочими характеристиками, такими же, как - или лучшими, чем - отдельные расходные материалы (например, сопло, электрод, и завихритель), собранные в плазменно-дуговую горелку PMX 105 А (эксплуатируемую при 105 А), и может характеризоваться меньшими затратами на изготовление. В таблице 1 показано сравнение рабочих характеристик и затрат между картриджем 100 и отдельными расходными материалами для плазменно-дуговой горелки PMX 105 А.
Картридж 100
Горелка PMX 105 А
Срок службы анода при 105 А (часы)
2,5
2,2
Максимальная скорость резания на полудюймовой малоуглеродистой стали (в м/мин)
95
95
Затраты на картридж 100, которые представляют собой совокупные затраты на завихритель, электрод и сопло (т.е., без торцевой крышки), меньше, чем общие затраты на отдельные расходные материалы в плазменно-дуговой горелке PMX 105 А, включающие в себя затраты только на сопло и электрод (т.е., когда завихритель даже не учитывается). Если говорить о рабочих характеристиках, то горелка, имеющая установленный в ней картридж 100, имеет максимальную скорость резания, сравнимую с плазменно-дуговой горелкой PMX 105 А, которая содержит отдельные расходные компоненты. Рабочие характеристики горелки, содержащей картридж 100, лучше также и в смысле срока службы анода.
[00120] Помимо вышеописанных выгод, есть много других выгод, связанных с применением картриджа 100 в плазменно-дуговой горелке. Прежде всего, такая конструкция способствует простоте применения за счет возможностей быстрого изменения, короткого времени наладки и простого выбора расходных материалов для конечного потребителя. Также обеспечиваются удовлетворительные рабочие характеристики резания, потому что подходящие расходные материалы заменяются сразу же, когда заменяют картридж, причем картридж способствует простому выравниванию компонентов, а значит - и точности и воспроизводимости эксплуатации горелки. В отличие от этого, в известных технических решениях изменение вносится, когда компоненты заменяют по отдельности в разное время. Например, есть больше возможностей совершить ошибку, когда оператору приходится выравнивать и ориентировать отдельные компоненты горелки друг относительно друга. В другом примере, долгосрочное многократное использование одного и того же компонента (например, завихрителя) может вызывать изменение размеров после каждого срывания дуги, тем самым изменяя качество работы даже если все остальные компоненты заменяются регулярно. В дополнение к этому, поскольку затраты на изготовление и/или установку картриджа меньше, чем совокупные затраты на набор расходных материалов, а затраты на одну замену картриджа, меньше, чем на замену набора расходных материалов. Помимо этого, можно конструировать разные картриджи, чтобы оптимизировать эксплуатацию горелки в контексте разных приложений, таких, как маркировка, резание, сохранение длительного срока службы, и т.д.
[00121] В некоторых вариантах осуществления, картридж 100 является одноразовым, и это означает, что демонтаж и замена отдельных компонентов в конце срока службы картриджа непрактичны или экономически неэффективны. Весь картридж 100 целиком утилизируют и/или выбраковывают (например, чтобы переработать для повторного использования), не заменяя отдельные конкретные детали. Если картридж 100 перерабатывают для повторного использования, то - помимо восстановления меди - выгода изготовления завихрителя 102 из термопластичного материала заключается в том, что этот материал можно повторно нагревать, повторно формовать и неоднократно замораживать, тем самым делая его легко перерабатываемым для повторного использования. В отличие от этого, Vespel™ и другие термореактивные материалы не обладают этими характеристиками, которые способствуют пригодности к переработке для повторного использования.
[00122] На фиг.10 представлено сечение другого возможного расходного картриджа для плазменно-дуговой горелки, предусматривающей контактный пуск, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Как показано, расходный картридж 1000 имеет внутренний компонент 1004 и внешний компонент 1002. Внешний компонент 1002 может включать в себя, по меньшей мере, один экран 1012, поджимной колпачок 1014, накрывающую гильзу 1016 или изолирующий компонент 1028. В некоторых вариантах осуществления, внешний компонент 1002 содержит два или более этих компонентов, неподвижно скрепленных друг с другом. Внутренний компонент 1004 может включать в себя, по меньшей мере, одну корончатую насадку 1006, завихритель 1007, электрод 1008 или сопло 1010. Например, внутренний компонент 1004 может содержать все эти компоненты, как изображено в виде блока неправильной формы согласно фиг.10. Внутренний компонент 1004 может дополнительно включать в себя упругий элемент 1026, который может быть, по существу, таким же, как упругий элемент 122 согласно фиг.1, уплотнение 1030 и/или сигнализирующее устройство 2106. Электрод 1008 картриджа 1000 может быть, по существу, таким же, как электрод 104 согласно фиг.1. Например, электрод 1008 может включать в себя излучающую вставку 1042 (например, такую же, как вставка 142).
[00123] В общем случае, картридж 1000 может включать в себя несколько расходных деталей, которые собирают друг с другом в виде единого унитарного устройства. В некоторых вариантах осуществления, если любой из элементов в картридже 1000 нуждается в замене, то заменяют весь картридж 1000 в целом. В картридже 1000 возможно использовать механизм контактного пуска «с обратным ударом пламени» для контактного пуска плазменно-дуговой горелки после сборки с получением горелки. Например, электрод 1008 может быть пружинящим вперед электродом, и это означает, что упругий элемент 1026 (например, пружина) может прикладывать отделяющую силу к проксимальному концу электрода 1008, чтобы отклонить электрод 1008 от корончатой насадки 1006 к соплу 1010.
[00124] Внешний компонент 1002 включает в себя, по существу, полое тело, которое определяет продольную ось A, дистальный конец 1017 (т.е., конец, ближайший к заготовке во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки, включающей в себя картридж 1000), и проксимальный конец 1018 (т.е., конец, противоположный дистальному концу 1017). Внутренний компонент 1004 адаптирован для расположения, по существу, внутри полого тела внешнего компонента 1002, при этом, по меньшей мере, участок внутреннего компонента 1004 окружен полым телом. Внутренний компонент 1004 может включать в себя конструктивный элемент для взаимодействия, расположенный на внутренней или внешней поверхности, предназначенный для взаимодействия с внешним компонентом 1002 за счет продольного сдерживания (т.е., крепления вдоль оси) внешнего компонента 1002 относительно внутреннего компонента 1004 с возможностью одновременного независимого поворота этих компонентов друг относительно друга (т.е. с возможностью их поворотного взаимодействия), когда картридж 1000 не собран в плазменно-дуговой горелке. Такого поворотного взаимодействие и скрепления вдоль можно достичь с помощью одного из таких средств, как обжатие, соединение на защелках, фрикционная посадка или свинчивание.
[00125] Внутренний компонент 1004 может включать в себя сопло 1010, завихритель 1007, электрод 1008 и корончатую насадку 1006. В некоторых вариантах осуществления, поворотное взаимодействие и осевое скрепление между внешним и внутренним компонентами происходит между соплом 1010 внутреннего компонента 1004 и поджимным колпачком 1014 внешнего компонента 1002 в зоне 1020 сопряжения с помощью одного из таких средств, как фрикционная посадка, обжатие, соединение на защелках или резьбовое соединение. Например, сопло 1010 может включать в себя конструктивный элемент для взаимодействия, такой, как канавка, расположенная по окружности на наружной поверхности, что обеспечивает фрикционную посаду дистального кончика поджимного колпачка 1014 в канавку. В некоторых вариантах осуществления, сопло 1010 неподвижно крепится к поджимному колпачку 1014 (т.е. ограничивает его вдоль оси и по радиусу) в зоне 1020 сопряжения. В этом случае, поворотное взаимодействия и осевое скрепление между внешним и внутренним компонентами может быть косвенно достигнуто путем поворотного взаимодействия и осевого скрепления между завихрителем 1007 и соплом 1010 внутреннего компонента 1004 в зоне 1021 сопряжения, где сопло 1010 неподвижно крепится к внешнему компоненту 1002. В некоторых вариантах осуществления, сопло 1010 неподвижно крепится к поджимному колпачку 1014 в зоне 1020 сопряжения, а завихритель 1007 неподвижно крепится к соплу 1010 в зоне 1021 сопряжения. В это случае, поворотное взаимодействие и осевое скрепление между внешним и внутренним компонентами может быть косвенно достигнуто путем поворотного взаимодействия и осевого скрепления между корончатой насадкой 1006 и завихрителем 1007 внутреннего компонента 1004 в зоне 1023 сопряжения, где завихритель 1007 неподвижно крепится к внешнему компоненту 1002 за счет его соединения с соплом 1010.
[00126] В общем случае, внутренний компонент 1004 может быть разделен на передний участок и задний участок по отношению к месту, где реализуется такая особенность, как поворотное взаимодействие и осевое скрепление. Например, передний участок предусматривает реализацию такой особенности, как поворотное взаимодействие и осевое скрепление, а задний участок - нет. То есть, задний участок может не обладать средством, дающим возможность осевого скрепления с внешним компонентом 1004 и поворотного взаимодействия с ним. В качестве примера, отметим, что если конструктивный элемент, дающий возможность поворотного взаимодействия и осевого скрепления, расположен на сопле 1010, то передний участок внутреннего компонента 1004 включает в себя сопло 1010, а задний участок включает в себя электрод 1008, завихритель 1007 и/или корончатую насадку 1006. В качестве другого примера, отметим, что если конструктивный элемент, дающий возможность поворотного взаимодействия и осевого скрепления, находится между завихрителем 1007 и соплом 1010, то передний участок внутреннего компонента 1004 включает в себя завихритель 1007 и сопло 1010, а задний участок включает в себя электрод 1008 и корончатую насадку 1006. Во время поворотного взаимодействия и осевого скрепления внутреннего и внешнего компонентов на переднем участке внутреннего компонента 1004, задний участок внутреннего компонента 1004 адаптируется, по существу, для подвешивания внутри полого тела внешнего компонента 1002. Таким образом, за счет поворотного взаимодействия и осевого скрепления внутреннего и внешнего компонентов на переднем участке, маловероятно, что задний участок сможет иметь непосредственный физический контакт с внутренней поверхностью полого тела внешнего компонента 1002, оставаясь при этом, по существу, радиально центрованным внутри полого тела внешнего компонента 1002.
[00127] В некоторых вариантах осуществления, картридж 1000 включает в себя полую область 1022 между задним участком внутреннего компонента 1004 и проксимальным концом 1018 внешнего компонента 1004. Как показано, полая область 1022 может включать в себя (i) участок 1022а центральной полости в выемке корончатой насадки 1006 и (ii) трубчатый участок 1022b между внешней поверхностью корончатой насадки 1006 и завихрителем 1007 и внутренней поверхностью поджимного колпачка 1014 и накрывающей гильзой 1016. Трубчатый участок 1022b может, по существу, окружать участок 1022а центральной полости и простираться в картридж 1000 дальше, чем участок 1022а центральной полости. Конфигурация полой области 1022 обеспечивает заключение в ней головки горелки (не показана), чтобы гарантировать сопряжение между задним участком внутреннего компонента 1004 (например, корончатой насадкой 1006) и определенными компонентами головки горелки (например, катодом), как подробнее описывается ниже со ссылками на фиг.21 и 22.
[00128] Как описано выше, внешний компонент 1002 могут включать в себя, по меньшей мере, один экран 1012, поджимной колпачок 1014 или накрывающую гильзу 1016, ориентированные, по существу, симметрично вокруг продольной оси A. В некоторых вариантах осуществления, внешний компонент 1002 также включает в себя изолирующий компонент 1028. Поджимной колпачок 1014 и/или экран 1012 может быть выполнен из электро- и/или теплопроводного материала, такого, как медь или латунь. Оба эти компонента могут быть изготовлены из одного и того же материала или разных материалов (например, экран 1012 может быть изготовлен из меди, а поджимной колпачок 1014 может быть изготовлен из латуни). Накрывающую гильзу 1016 и/или изолирующий компонент 1028 можно изготавливать методом литьевого формования пластмассы (например, алифатического полиамида) или высокотемпературного термопласта, содержащего полимер, образованный из молекул простого эфира и кетона (например, соединения из эфиркетона), такой, как полиэфирэфиркетон (ПЭЭК). В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одно из накрывающей гильзы 1016 или изолирующего компонента 1028 изготавливают из такого же материала, как завихритель 102 или 702, или из аналогичного материала. В некоторых вариантах осуществления, изолирующий компонент 1028 изготавливают из электроизолирующего материала (например, пластмассы), который может выдерживать более высокую температуру, чем накрывающая гильза 1016. В общем случае, каждая из зон сопряжения между различными элементами внешнего компонента 1002 может быть образована с помощью одного из таких средств, как обжатие, соединение на защелках, фрикционная посадка, или свинчивание.
[00129] На фиг.11 представлена возможная конфигурация поджимного колпачка 1014 картриджа 1000 согласно фиг.10. Поджимной колпачок 1014 может иметь, по существу, полое тело, по существу, неизменной толщины. Неизменная толщина поджимного колпачка 1014, связанная с методом штамповки для изготовления компонента, упрощает процедуру изготовления и минимизирует время цикла изготовления, вес расходных материалов и коэффициент использования материалов. В общем случае, поджимной колпачок 1014 может включать в себя три, по существу, полых, цилиндрических участка - дистальный участок 1106, средний участок 1107, и проксимальный участок 1108. Эти участки могут быть расположены вместе вдоль продольной оси A и могут образовывать ступенчатую конфигурацию, где дистальный участок 1106 может иметь диаметр в радиальном направлении (т.е., перпендикулярном оси A), меньший, чем диаметр в радиальном направлении среднего участка 1107, который может иметь диаметр, меньший чем диаметр проксимального участка 1108.
[00130] В некоторых вариантах осуществления, внутренняя поверхность дистального участка 1106 поджимного колпачка 1014 включает в себя удерживающий конструктивный элемент 1102 (например, выступ, язычок или фланец), конфигурация которого обеспечивает поворотное взаимодействие и осевое скрепление с передним участком внутреннего компонента 1004 (например, на сопле 1010 внутреннего компонента 1004) с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, фрикционная посадка, обжатие или свинчивание, когда передний участок находится в полом теле поджимного колпачка 1014. Как показано, удерживающий конструктивный элемент 1102 содержит выступ 1102a, который может быть создан за счет загиба участка стенки поджимного колпачка 1014. Выступ 1102a адаптирован для соединения на защелках с канавкой на сопле 1010. Кроме того, удерживающий конструктивный элемент 1102 включает в себя амортизатор 1102b рядом с выступом 1102а для создания трения между поджимным колпачком 1014 и соплом 1010 при взаимодействии за счет фрикционной посадки. Выступу 1102a и амортизатору 1102b приданы такие размеры, что они позволяют компонентам независимо вращаться друг относительно друга вследствие взаимодействия. В альтернативном варианте, удерживающему конструктивному элементу 1102 можно придать подходящую конфигурацию, которая обеспечивает взаимодействие в неподвижном состоянии с передним участком внутреннего компонента 1004 (т.е. осевое и радиальное скрепление с ним). В некоторых вариантах осуществления, секция поджимного колпачка 1014, такая, как дистальный участок 1106 поджимного колпачка 1014, включает в себя, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие 1112, простирающееся от внутренней поверхности до внешней поверхности поджимного колпачка 1014, позволяя потоку газа протекать сквозь это отверстие.
[00131] В некоторых вариантах осуществления, проксимальный участок 1108 поджимного колпачка 1014 включает в себя один или несколько витков 1104 резьбы для введения в зацепление с головкой горелки (не показана), принадлежащей плазменно-дуговой горелке, когда картридж 1000 устанавливают в горелку. В некоторых вариантах осуществления, по внутренней поверхности проксимального участка 1108 поджимного колпачка 1014 могут быть расположены два или более витков 1104 резьбы (например, три витка резьбы) для введения в зацепление с набором витков дополняющей резьбы на головке горелки, когда, по меньшей мере, участок головки горелки располагается в полом теле проксимального участка 1108. Сцепление между головкой горелки и поджимным колпачком 1014 требует поворота одного компонента относительно другого на некоторое количество градусов в зависимости от количества отдельных витков 1104 резьбы, расположенных на поджимном колпачке 1014. Например, если имеются три витка 1104 резьбы, для сцепления компонентов друг с другом требуется поворот на угол, составляющий лишь около 120 градусов. Это облегчает быструю установку картриджа 1000 на плазменно-дуговой горелке. В общем случае, поджимной колпачок 1014 имеет толщину и/или прочность материала, достаточную для соединения картриджа 1000 с головкой горелки посредством взаимодействия при свинчивании.
[00132] На фиг.12a и 12b представлены вид сбоку снаружи и сечение на виде сбоку, соответственно, возможной накрывающей гильзы 1016, наформовываемой на металлический поджимной колпачок 1014 согласно фиг.11, который может образовывать, по меньшей мере, участок внешнего компонента 1002. Как показано на фиг.12a, накрывающая гильза 1016 имеет, по существу, полое тело, по меньшей мере, участок которого наформовывают на наружные поверхности среднего и проксимального участков 1107, 1108 поджимного колпачка 1014. В некоторых вариантах осуществления, полностью раскрывается лишь дистальный участок 1106 поджимного колпачка 1014. Накрывающая гильза 1016 может включать в себя проксимальный конец 1206 и дистальный конец 1208 вдоль продольной оси A. В некоторых вариантах осуществления, дистальный конец 1208 накрывающей гильзы 1016 включает в себя один или несколько удерживающих конструктивных элементов для взаимодействия с изолирующим компонентом 1028. Например, дистальный конец 1208 накрывающей гильзы 1016 можно наформовывать поверх среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014 в виде одного или нескольких язычков 1209. На каждом из язычков 1209 может быть расположен приподнятый конструктивный элемент 1210. Совокупность язычков 1209 и приподнятых конструктивных элементов 1210 можно использовать для взаимодействия с изолирующим компонентом 1028, как подробно поясняется ниже со ссылками на фиг.14a-c. В некоторых вариантах осуществления, накрывающая гильза 1016 включает в себя один или несколько удерживающих конструктивных элементов для взаимодействия с экраном 1012. Например, накрывающая гильза 1016 может включать в себя, по меньшей мере, одну канавку 1212, расположенную на наружной поверхности, и в эту канавку можно вжать участок экрана 1012 чтобы скрепить эти два компонента друг с другом.
[00133] Как показано на фиг.12b, накрывающая гильза 1016, по существу, окружает поджимной колпачок 1014 не его среднем и проксимальном участках 1107, 1108 и может проксимально простираться за поджимной колпачок 1014 в продольном направлении. В некоторых вариантах осуществления, внутренний диаметр 1202 накрывающей гильзы 1016 около того места, где накрывающая гильза 1016 перекрывается с проксимальным участком 1108 поджимного колпачка 1014, меньше, чем внутреннюю диаметр 1204 накрывающей гильзы 1016 на проксимальном конце 1206 накрывающей гильзы 1016, скажем, из-за уклона, составляющего 0,5 градуса. Это изменение внутреннего диаметра вдоль длины накрывающей гильзы 1016 способствует направлению вставления головки горелки (не показана) в поджимной колпачок 1014 и облегчает их относительное выравнивания перед поворотом одного компонента относительно другого для достижения взаимодействия на дискретных витках 1104 резьбы поджимного колпачка 1014.
[00134] На фиг.13 представлена возможная конфигурация изолирующего компонента 1028, который может быть частью внешнего компонента 1002 картриджа 1000 согласно фиг.10 или автономным элементом. Изолирующий компонент 1028 в общем случае является круглым по форме и выполнен из неэлектропроводного материала. Изолирующий компонент 1028 может находиться между экраном 1012 и совокупностью поджимного колпачка 1014 и накрывающей гильзы 1016, принадлежащей внешнему компоненту 1002, чтобы сделать главную часть внешнего компонента 1002 (например, поджимной колпачок 1014 и накрывающую гильзу 1016) отстоящей от экрана 1012 и электрически изолировать поджимной колпачок 1014 от экрана 1012. Изолирующий компонент 1028 включает в себя буртик 1304, также именуемый профилем, ступенькой или фланцем, находящийся на дистальном конце 1301 изолирующего компонента 1028. Буртик 1304 ориентирован, по существу, перпендикулярно продольной оси A. Буртик 1304 ограничивает отверстие 1316, которое дополняет форму дистального участка 1106 поджимного колпачка 1014, и позволяет проходить сквозь него дистальному участку 1106. В некоторых вариантах осуществления, отверстие 1316 имеет диаметр, который является, по существу, таким же, как диаметр дистального участка 1106 поджимного колпачка 1014, или превышающим этот диаметр, но меньшим, чем диаметр среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014, так что средний участок 1107 не может пройти сквозь отверстие 1316. Наружная поверхность буртика 1304 может включать в себя один или несколько каналов 1318, распределенных вокруг отверстия 1316, чтобы обеспечить путь потока газа таким образом, что часть газа, текущего к экрану 1012, может проходить по каналам 1318, охлаждая изолирующий компонент 1028 и экран 1012.
[00135] Изолирующий компонент 1028 также включает в себя, по существу, полое цилиндрическое тело 1302, находящееся на проксимальном конце 1303 изолирующего компонента 1028. Цилиндрическое тело 1302 расположено вокруг продольной оси A и простирается вдоль продольной оси. В некоторых вариантах осуществления, на цилиндрическом теле 1302 предусмотрены удерживающие конструктивные элементы для взаимодействия изолирующего компонента 1028 с экраном 1012 и/или накрывающей гильзой 1016. Например, удерживающий конструктивный элемент 1305 накрывающей гильзы может включать в себя щель 1306, простирающуюся от внутренней поверхности до внешней поверхности цилиндрического тела 1302. Щели 1306 ограничены множеством надставок 1308, расположенных вокруг цилиндрического тела 1302, причем каждая щель 1306 находится между надставками 1308, составляющими пару. Удерживающий конструктивный элемент 1305 накрывающей гильзы также может включать в себя, по меньшей мере, одну канавку 1310 на внутренней поверхности цилиндрического тела 1302, центрированную вокруг соответствующей щели 1306, и на надставках 1308. Конфигурация канавок 1310 и щели 1306, которые составляют удерживающие конструктивные элементы 1305 накрывающей гильзы, обеспечивает взаимодействие с накрывающей гильзой 1016 с помощью одного из таких средств, как фрикционная посадка, соединение на защелках, свинчивание или обжатие. Удерживающий конструктивный элемент 1311 экрана может включать в себя, по меньшей мере, один канавку, расположенную на наружной поверхности цилиндрического тела 1302 таким образом, что оказывается рядом со щелью 1306. Конфигурация канавок 1311 обеспечивает взаимодействие с экраном 1012, например, посредством обжатия.
[00136] На фиг.14a-c представлены различные виды изолирующего компонента 1028 согласно фиг.13, неподвижно скрепленного с накрывающей гильзой 1016 и поджимном колпачком 1014. Три компонента 1028, 1016, 1014 могут образовывать, по меньшей мере, участок внешнего компонента 1002. Во время сборки, дистальный участок 1106 поджимного колпачка 1014 может скользить сквозь отверстие 1316, ограниченного буртиком 1304 изолирующего компонента 1028, до тех пор, пока внутренняя поверхность 1320 буртика 1304 не упрется во внешнюю поверхность 1110 среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014, а дальнейшее продвижение не окажется невозможным. В этот момент, совокупность поджимного колпачка 1014 и накрывающей гильзы 1016 надежно садится на изолирующий компонент 1028, при этом изолирующий компонент 1028, по существу, окружает наружную поверхность 1110 среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014. Канавки 1310 и щели 1306 удерживающего конструктивного элемента 1305 накрывающей гильзы изолирующего компонента 1028 могут осуществлять взаимодействие удерживающего конструктивного элемента 1210 накрывающей гильзы 1016 за счет фрикционной посадки, например, для соединения изолирующего компонента 1028 с накрывающей гильзой 1016. Трение для фрикционной посадки может быть обеспечено посредством обжимающей силы экрана 1012, когда тот крепят к изолирующему компоненту 1028. В частности, канавки 1311 изолирующего компонента 1028 могут обеспечить поверхность, на которую происходит обжатие экрана 1012 для неподвижного соединения изолирующего компонента 1028 с экраном 1012. В дополнение к этому, соединение между изолирующим компонентом 1028 и накрывающей гильзой 1016 также приводит к взаимодействию - в неподвижном состоянии - изолирующего компонента 1028 с поджимном колпачком 104 за счет неподвижного соединения с накрывающей гильзой 1016 (т.е., накрывающую гильзу 1014 наформовывают на средний участок 1107 поджимного колпачка 1014).
[00137] На фиг.14c изображено поперечное сечение узла, содержащего изолирующий компонент 1028, накрывающую гильзу 1016 и поджимной колпачок 1014, причем поперечное сечение проведено в радиальной плоскости и в ракурсе зрителя, находящегося на дистальном конце узла. Как показано, когда изолирующий компонент 1028 упирается в поджимной колпачок 1014, упомянутая одна или несколько канавок 1310 во внутренней поверхности изолирующего компонента 1028 могут обеспечивать соединение на защелках с язычками 1209 накрывающей гильзы 1014, а приподнятые области 1210 накрывающей гильзы 1014 при этом можно вставлять в щели 1306 изолирующего компонента 1028. Такое соединение на защелках может обеспечить неподвижную стыковку изолирующего компонента 1028 с накрывающей гильзой 1016 (а также с удерживающим колпачком 1014 посредством наформовываемой накрывающей гильзы 1016). Поскольку размер поперечного сечения каждой приподнятой области 1210 меньше, чем размер поперечного сечения каждой щели 1306, каждая приподнятая область 1210 адаптирована для беспрепятственного оставления, по меньшей мере, участка каждой щели 1306, тем самым допуская прохождение потока газа через нее. Как показано на фиг.14c, накрывающая гильза 1016 и изолирующий компонент 1028 могут осуществлять контактное взаимодействие в четырех местах, расположенных по радиусу вокруг продольной оси A. В других вариантах осуществления, предусматривается меньшее или большее количество мест взаимодействия.
[00138] На фиг.15 представлена возможная конфигурация экрана 1012, который может быть частью внешнего компонента 1002 картриджа 1000 согласно фиг.10 или автономной деталью. Экран 1012 согласно фиг.15 можно использовать в ручной плазменно-дуговой горелке. Экран 1012 содержит, по существу, полое тело. Некоторую секцию на проксимальном участке 1502 полого тела можно вжать в одну или несколько канавок 1212 на дистальном конце 1208 накрывающей гильзы 1014 для надежного соединения экрана 1012 с накрывающей гильзой 1016. Другую секцию проксимального участка 1502 можно вжать в канавки 1311 изолирующего компонента 1028 для надежного соединения экрана 1012 с изолирующим компонентом 1028. Эти соединения также обеспечивают взаимодействие в неподвижном состоянии экрана 1012 с поджимным колпачком 1014 посредством соединения их воедино (либо непосредственно или косвенно) с накрывающей гильзой 1016. В рамках объема притязаний данного изобретения находятся также другие средства для соединения экрана 1012 с накрывающей гильзой 1016 и/или изолирующим компонентом 1028, включая свинчивание или соединение на защелках. Экран 1012 также может включать в себя выходное отверстие 1506 экрана и одно или несколько вентиляционных отверстий 1504 для газа, расположенных на теле экрана 1012, простираясь от внутренней поверхности до внешней поверхности экрана 1012.
[00139] На фиг.16 представлен другой возможный экран 1600, который совместим с картриджем 1000 согласно фиг.10. Экран 1600 можно использовать в механизированной плазменно-дуговой горелке. Экран 1600 также может включать в себя проксимальный участок 1602, который является, по существу, таким же, как проксимальный участок 1502 экрана 1012 согласно фиг.15, для надежного соединения экрана 1600 с накрывающей гильзой 1016 и изолирующим компонентом 1028 с помощью одного из таких средств, как обжатие, фрикционное соединение или соединение на защелках или свинчивание. Экран 1600 также может включать в себя выходное отверстие 1606 экрана и одно или несколько вентиляционных отверстий 1604 для газа аналогично экрану 1012 согласно фиг.15.
[00140] В других вариантах осуществления, экран 1012 может быть, по существу, таким же, как экран 800, описанный выше со ссылками на фиг.8. В некоторых вариантах осуществления, изолирующему компоненту 1028 приданы размеры, обеспечивающие выравнивание и центровку экрана 1012 относительно поджимного колпачка 1014 и накрывающей гильзы 1016 в радиальном направлении. Как недвусмысленно изображено на фиг.10, изолирующий компонент 1028 отодвигает экран 1012 от совокупности поджимного колпачка 1014 и накрывающей гильзы 1016. Таким образом, когда экран 1012 неподвижно соединяют с накрывающей гильзой 1016 и/или изолирующим компонентом 1028, жесткий допуск среди компонентов минимизирует радиальное перемещение экрана 1012, которое может привести к нарушению радиального выравнивания последнего.
[00141] Как описано выше со ссылками на фиг.10, внутренний компонент 1002 может включать в себя, по меньшей мере, одну корончатую насадку 1006, электрод 1008, завихритель 1007 или сопло 1010, ориентированные, по существу, симметрично вокруг продольной оси A. Внутренний компонент 1002 может дополнительно включать в себя упругий элемент 1026, уплотнительную прокладку 1030 и/или сигнализирующее устройство 2106. В общем случае, каждая из зон сопряжения среди различных элементов внутреннего компонента 1004 может быть образована с помощью одного из таких средств, как обжатие, соединение на защелках, фрикционная посадка, или свинчивание, для неподвижного соединения (т.е. осевого и радиального скрепления) или осевого скрепления и поворотного взаимодействия с компонентами. В некоторых вариантах осуществления, внутренний компонент 1004 является, по существу, таким же, как картридж 100, описанный выше со ссылками на фиг.1, или аналогичным. Например, электрод 1008 может быть, по существу, таким же, как электрод 104 согласно фиг.2. Электрод 1008 может быть относительно плоским около проксимального конца, так что электрод 1008 обеспечивает устойчивую поверхность для контакта с упругим элементом 1026.
[00142] Сопло 1010 может быть частью внутреннего компонента 1004 картриджа 1000 согласно фиг.10. Сопло 1010 может ограничивать - относительно электрода 1008 - камеру 1040 плазмы. В некоторых вариантах осуществления, сопло 1010 является, по существу, таким же, как сопло 108 согласно фиг.3. На фиг.17 показана другая возможная конфигурация сопла 1010 картриджа 1000 согласно фиг.10. Сопло 1010 ограничивает дистальный участок 1704, средний участок 1705 и проксимальный участок 1706 вдоль продольной оси A. Сопло 1010 может включать в себя удерживающий конструктивный элемент на проксимальном участке 1706, такой, как впадина 1702 с внутренней поверхностью 1702a и внешней поверхностью 1702b, конфигурация которой обеспечивает соединение сопла 1010 с дистальным концом завихрителя 1007 в зоне 1021 сопряжения (как показано на фиг.10). Например, дистальный конец завихрителя 1007 может быть вставлен во впадину 1702, а, по меньшей мере, одна из внутренней поверхности 1702a или внешней поверхности 1702b впадины 1702 может быть вжата в канавку на дистальном конце завихрителя 1007 для скрепления обоих этих компонентов друг с другом. Соединение между соплом 1010 и завихрителем 1007 в зоне 1021 сопряжения может быть реализовано с помощью одного из таких средств, как (i) поворотное взаимодействие и осевое скрепление или (ii) контактное взаимодействие в неподвижном состоянии (т.е., осевое и радиальное скрепление) с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие, фрикционная посадка или свинчивание. Как будет описано ниже, контактное взаимодействие между соплом 1010 и завихрителем 1007 адаптировано для управления интенсивностью завихрения газа в зоне 1021 сопряжения, когда контактное взаимодействие ограничивает размер и форму завихрительных отверстий завихрителя 1007 при сборке.
[00143] Сопло 1010 также может включать в себя удерживающий конструктивный элемент на среднем участке 1705, такой, как одна или несколько канавок 1708, расположенных по окружности на внешней поверхности сопла 1010, для поворотного взаимодействия и осевого скрепления с удерживающим конструктивным элементом 1102 поджимного колпачка 1014 с образованием зоны 1020 сопряжения (как показано на фиг.10) с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, фрикционная посадка, обжатие или свинчивание. В альтернативном варианте, конфигурация удерживающего конструктивного элемента 1708 может обеспечивать неподвижное скрепление (т.е. осевое и радиальное скрепление) с ним поджимного колпачка 1014 с образованием зоны 1020 сопряжения. При взаимодействии, поджимной колпачок 1014, по существу, окружает внешнюю поверхность, по меньшей мере, среднего участка 1705 и проксимального участка 1706 сопла 1010. Сопло 1010 может дополнительно включать в себя ряд плоских элементов 1710a, чередующихся среди ряда приподнятых элементов 1710b, расположенных по окружности на наружной поверхности среднего участка 1705. Приподнятые элементы 1710b облегчают радиальное выравнивание и центровку сопла 1010 относительно поджимного колпачка 1014, а плоские элементы 1710a обеспечивают промежуток между соплом 1010 и поджимным колпачком 1014, что позволяет газу течь через него.
[00144] На фиг.18 представлено поперечное сечение узла, содержащего сопло 1010, поджимной колпачок 1014 и экран 1012, причем это поперечное сечение проведено в радиальной плоскости в ракурсе зрителя, находящегося на проксимальном конце узла. Узел также включает в себя электрод 1008. Как показано, эти компоненты могут быть радиально выровнены и расположены концентрично, имея общий центр 1802. По меньшей мере, участок электрода 1008 находится внутри полости, ограниченной внутренней стенкой сопла 1010, что может приводить к радиальному выравниванию электрода 1008 за счет ограничения радиального перемещения электрода 1008. По меньшей мере, участок сопла 1010 может быть расположен внутри полости, ограниченной внутренней стенкой поджимного колпачка 1014, что приводит к радиальному выравниванию сопла 1010 за счет ограничения радиального перемещения сопла 1010. В частности, конфигурация приподнятых элементов 1710b на наружной поверхности сопла 1010 обеспечивает упор в соответствующую внутреннюю поверхность поджимного колпачка 1014 для радиальной ориентации сопла 1010 относительно поджимного колпачка 1014. Плоские элементы 1710a на наружной поверхности сопла 1010 обеспечивают промежуток между соплом 1010 и поджимном колпачком 1014, так что через этот промежуток может протекать газ. По меньшей мере, участок поджимного колпачка 1014 находится внутри полости, ограниченной внутренней стенкой экрана 1012, что может приводить к радиальному выравниванию поджимного колпачка 1014 за счет ограничения радиального перемещения поджимного колпачка 1014.
[00145] Как описано выше, завихритель 1007 может быть частью внутреннего компонента 1004 картриджа 1000 согласно фиг.10. В некоторых вариантах осуществления, завихритель 1007 является, по существу, таким же, как завихритель 102 согласно фиг.4a и 4b. В некоторых вариантах осуществления, завихритель 1007 является, по существу, таким же, как завихритель 702 согласно фиг.5a и 4b. На фиг.19a-c представлены различные виды другой возможной конфигурации завихрителя 1007 картриджа 1000 согласно фиг.10. Завихритель 1002 может быть изготовлен из такого же материала и/или посредством такого же производственного процесса, как завихритель 102 или 702. Как показано, завихритель 1007 может быть, ограничен, по существу, полым удлиненным телом, имеющим дистальный конец 1910 и проксимальный конец 1912 вдоль продольной оси A. Полому телу завихрителя 1007 приданы размеры, позволяющие заключать в него электрод 1008 так, что существу, вся длина электрода 1008 вдоль продольной оси A оказывается в этом завихрителе. Таким образом, внутренняя стенка завихрителя 1007 может радиально выравнивать электрод 1008 за счет ограничения радиального перемещения электрода 1008. В некоторых вариантах осуществления, ребра электрода 1008 шире, чем отверстие завихрителя 1007 на проксимальном конце 1912, так что это не дает электроду 1008 выйти из завихрителя 1007 с проксимального конца 1912.
[00146] Между дистальным концом 1910 завихрителя 1007 и соплом 1008 может быть сформирована зона 1021 сопряжения для стыковки этих двух расходных компонентов друг с другом. Стыковка может приводить к неподвижному скреплению (т.е., осевому и радиальному скреплению) завихрителя 1007 с соплом 1008 с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие, фрикционная посадка или свинчивание. В альтернативном варианте, стыковка может приводить к взаимодействию при вращении и осевому скреплению завихрителя 1007 с соплом 1008 (например, с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие или фрикционная посадка), что позволяет этим компонентам независимо поворачиваться друг относительно друга после взаимодействия. Например, завихритель 1007 может включать в себя поверхность 1930, удерживающую сопло (например, внутреннюю и/или наружную поверхность), завихрителя 1007 для неподвижного скрепления или взаимодействия при вращении и осевого скрепления с соплом 1010 на дистальном конце 1910 упомянутого кольца. Поверхность 1930, удерживающая сопло, может быть конструктивным элементом (например, одной или несколькими канавками), находящимся на наружной поверхности завихрителя 1007 (например, на надставках 1904) для захвата сопла 1010 посредством обжатия. В альтернативном варианте, аналогичная удерживающая поверхность может быть расположена на сопле 1010 для удержания на нем завихрителя 1007.
[00147] Между проксимальным концом 1912 завихрителя 1007 и корончатой насадкой 1006 может быть образована другая зона 1023 сопряжения для стыковки этих двух расходных компонентов друг с другом. Стыковка может приводить к неподвижному скреплению корончатой насадки 1006 и завихрителя 1007 с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие, фрикционная посадка или свинчивание. В альтернативном варианте, стыковка может приводить к поворотному взаимодействию и осевому скреплению завихрителя 1007 с корончатой насадкой 1006 (например, с помощью одного из таких средств, как соединение на защелках, обжатие или фрикционная посадка), что позволяет этим компонентам независимо поворачиваться друг относительно друга после взаимодействия. Например, завихритель 1007 может включать в себя удерживающий конструктивный элемент 1932, находящийся на поверхности (например, внутренней/или наружной поверхности) завихрителя 1007, для неподвижного скрепления или взаимодействия при вращении и осевого скрепления с корончатой насадкой 1006 на проксимальном конце 1912 упомянутого кольца. Удерживающий конструктивный элемент 1932 может представлять собой одну или несколько канавок, проделанных по наружной поверхности завихрителя 1007, для захвата корончатой насадки посредством обжатия с образованием, например зоны 1023 сопряжения. В альтернативном варианте, аналогичный удерживающий конструктивный элемент может быть расположен вокруг корончатой насадки 1006 для стыковки с ней завихрителя 1007. В общем случае, зона 1021 сопряжения и/или зона 1023 сопряжения образуют камеру, в которой электрод 1008 находится и выравнивается (продольно и радиально) относительно сопла 1010 и корончатой насадки 1006.
[00148] В некоторых вариантах осуществления, завихритель 1007 имеет набор радиально разнесенных отверстий 1902 для протекания газа, конфигурация которых обеспечивает придание тангенциальной составляющей скорости потоку газа для плазменно-дуговой горелки, что вызывает завихрение потока газа. Это завихрение создает вихрь, который сужает дугу и стабилизирует положение дуги на вставке 1042. Упомянутое одно или несколько отверстий 1902 для протекания газа расположены вокруг дистального конца 1910 удлиненного тела кольца, скажем - по окружности его дистального конца 1910. В некоторых вариантах осуществления, упомянутое одно или несколько отверстий 1902 для протекания газа являются формованными. Каждое отверстие 1902 для протекания газа может простираться от внутренней поверхности до внешней поверхности удлиненного тела и ориентировано так, что сообщает текущему сквозь него газу (например, воздуху) вихревое движение относительно оси A. Каждое отверстие 1902 для протекания газа может быть - по геометрии - круглым или некруглым (например, прямоугольным, квадратным и/или прямоугольным). В некоторых вариантах осуществления, отверстия 1902 для протекания газа имеют, по существу, неизменные размеры. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.19, отверстия 1902 для протекания газа, по меньшей мере, частично, ограниченных щелями 1903 на дистальном конце 1910 завихрителя 1007. Эти щели 1903 для протекания газа образованы множеством надставок 1904 разнесенных через регулярные или нерегулярные интервалы по окружности дистального конца 1910, причем каждая щель 1903 находится между надставками 1904, составляющими пару. При взаимодействии завихрителя 1007 с соплом 1010, щели 1903 перекрываются проксимальным участком 1706 сопла 1010, что приводит к созданию ограниченных отверстий. Поэтому каждое отверстие 1902 для протекания газа может быть двухэлементным составным отверстием, ограниченным совместно соплом 1010 и завихрителем 1007. Сопло 1010 может управлять интенсивностью завихрения протекающего через него газа за счет придания отверстию 1902 для протекания газа таких размеров и формы, которые обеспечивают протекание газа после сборки.
[00149] В некоторых вариантах осуществления, завихритель 1007 имеет набор ребер 1914, радиально разнесенных вокруг наружной поверхности между дистальным концом 1910 и проксимальным концом 1912. Как изображено на фиг.19C, вокруг наружной поверхности завихрителя 1007 расположены три ребра 1914. Возможно меньшее или большее количество ребер. Конфигурация ребер 1914 обеспечивает радиальное выравнивание и центровку завихрителя 1007 относительно поджимного колпачка 1014 при сборке картриджа 1000. Как описано выше, когда внутренний компонент 1004 и внешний компонент 1002 соединяют, образуя картридж 1000, задний участок внутреннего компонента 1004, который может включать в себя завихритель 1007, может быть, по существу, подвешен внутри полого тела внешнего компонента 1002 и может быть относительно откреплен от внешнего компонента 1002 в местах, которые не являются местами взаимодействия между внутренним и внешним компонентами. Конфигурация ребер 1914 обеспечивает радиальное выравнивание завихрителя 1007 внутри полого тела внешнего компонента 1002 (т.е. внутри полости, ограниченной внутренней стенкой поджимного колпачка 1014) за счет ограничения радиального перемещения завихрителя 1007 внутри полого тела. Таким образом, каждое ребро 1914 имеет радиальную длину 1916, которая может быть меньшей, чем радиальное расстояние между наружной поверхностью завихрителя 1007 (т.е., без ребер 1914) и внутренней поверхностью поджимного колпачка 1014, когда завихритель 1007 отцентрирован внутри поджимного колпачка 1014, или равной упомянутому расстоянию. Ребра 1914 могут иметь, по существу, неизменные размеры. Ребра 1914 могут представлять собой множество выступов, разнесенных через регулярные или нерегулярные интервалы по наружной окружной поверхности завихрителя 1007. Радиальные промежутки между ребрами 1914 позволяют газу течь через них. В дополнение к этому, каждое ребро 1914 может быть выполнено так, что между ребром 1914 и соответствующей внутренней боковой стенок поджимного колпачка 1014 будет существовать некоторый просвет, когда завихритель 1007 отцентрировано внутри поджимного колпачка 1014 что обеспечивает протекание газа через этот проспект. В альтернативном варианте, ребра 1914 могут находиться на других компонентах картриджа 1000, выполняя ту же самую функцию радиального выравнивания. Например, ребра 1914 могут быть расположены на внутренней поверхности внешнего компонента 1002, скажем - на внутренней поверхности поджимного колпачка 1014, для радиального выравнивания внутреннего и внешнего компонентов при взаимодействии. В некоторых вариантах осуществления, ребра 1914 содержат механизм (не показан) для крепления завихрителя 1007 к поджимному колпачку 1014, например - с помощью соединение на защелках. Это соединение может заменять механизм скрепления между соплом 1010 и завихрителем 1007 в зоне 1021 сопряжения.
[00150] Как описано выше, корончатая насадка 1006 может быть частью внутреннего компонента 1004 картриджа 1000 согласно фиг.10. В некоторых вариантах осуществления, корончатая насадка 1006 является, по существу, такой же, как торцевая крышка 106, изображенная на фиг.7a и 7b. На фиг.20a и b представлены возможное конфигурации корончатой насадки 1006 картриджа 1000 согласно фиг.10. Корончатая насадка 1006 выполняет, по меньшей мере, одну из следующих функций: (i) поворотное взаимодействие и осевое скрепление или неподвижное скрепление завихрителя 1006 на проксимальном конце 1912 завихрителя 1006 с образованием зоны 1023 сопряжения, что приводит к выравниванию электрода 1008; (ii) сопряжение с катодом (не показан) головки горелки (не показана) при сборке картриджа 1000 в плазменно-дуговую горелку (не показана); (iii) обеспечение держателя для упругого элемента 1026; и (iv) пропускание электрического тока от катода (например, контакта электропитания для направления тока из источника питания) к электроду 1008 в конфигурации контактного пуска «с обратным ударом пламени».
[00151] Как изображено на фиг.20a, корончатая насадка 1006 имеет, по существу, полое тело 2000, ограничивающее проксимальный конец 2020 и дистальный конец 2022. Полое тело 2000 включает в себя a круговой приподнятый участок 2002 и заглубленный центр 2004. Круговой приподнятый участок 2002 ограничивает, по существу, полый выступ, простирающийся к проксимальному концу 2020 корончатой насадки 1006, а заглубленный центр 2004 ограничивает полость, простирающуюся от проксимального конца 2020. Заглубленный центр 2004 может быть ограничен относительно цилиндрической боковой стенкой 2004a и относительно плоской нижней стенкой 2004b. В некоторых вариантах осуществления, тело 2000 корончатой насадки 1006 имеет, по существу, неизменную толщину, тем самым способствуя эффективному прохождению неизменного тока и содействуя установлению точного выравнивания расходных материалов. Неизменная толщина корончатой насадки 1006, связанная с методом изготовления посредством штамповки, также упрощает изготовление и минимизирует время цикла изготовления, вес расходных материалов и коэффициент использования материалов.
[00152] В некоторых вариантах осуществления, аналогично корончатой насадке 106, внутренняя поверхность 2008 приподнятого участка 2002 на проксимальном конце 2020 ограничивает отклоняющую поверхность для физического контакта и электрической связи с упругим элементом 1026. Упругий элемент 1026 можно отклонять к проксимальному концу электрода 1008, тем самым отодвигая электрод 1008 от корончатой насадки 1006. То есть, упругий элемент 1026 находится между отклоняющей поверхностью 2008 корончатой насадки 1006 и проксимальным концом электрода 1008 и физически контактирует с ними, так что упругий элемент 1026 прикладывает разделяющую силу между электродом 1008 и отклоняющей поверхностью 2008.
[00153] В некоторых вариантах осуществления, аналогично корончатой насадке 106, внутренняя поверхность заглубленного центра 2004 корончатой насадки 1006 на дистальном конце 2022 ограничивает поверхность 2010 контакта, конфигурация которой обеспечивает физический контакт и электрическую связь с соответствующей поверхностью 1044 контакта электрода 1008 на его проксимальном конце. В течение режима дуги прямого действия, поверхность 2010 контакта корончатой насадки 1006 упирается в соответствующую поверхность 1044 контакта электрода 1008. Вместе с тем, во время инициирования вспомогательной дуги в режиме вспомогательной дуги, поверхность 2010 контакта отстоит от соответствующей поверхности 1044 контакта, которая ограничена за счет отсутствия контакта между этими двумя поверхности.
[00154] В некоторых вариантах осуществления, аналогично корончатой насадке 106, упругий элемент 1026 в общем случае поддерживается между корончатой насадкой 1006 и электродом 1008. Упругий элемент 1026 может быть частью внутреннего компонента 1004 и может быть прикреплен либо к корончатой насадке 1006, либо к электроду 1008. В других вариантах осуществления, упругий элемент 1026 крепится и к электроду 1008, и к корончатой насадке 1006. Например, упругий элемент 1026 можно скреплять с корончатой насадкой 1006 и/или электродом 1008 посредством сварки, пайки мягким припоем, адгезионного связывания, скрепления крепежными деталями, посадки с натягом по диаметру или фрикционной посадки другого типа. В некоторых вариантах осуществления, конфигурация упомянутого, по существу, полого тела 2000 корончатой насадки 1006 обеспечивает заключение упругого элемента 1026 между ее отклоняющей поверхностью 2008 и проксимальным концом электрода 1008. Например, приподнятый участок 2002 корончатой насадки 1006 может функционировать в качестве держателя упругого элемента 1026. В частности, упругий элемент 1026 можно удерживать на месте посредством отклоняющей поверхности 2008, внутренней поверхности 2012 внутренней полости и внешней поверхности 2014 внутренней полости приподнятого участка 2002, причем диаметр внутренней поверхности 2012 внутренней полости по отношению к продольной оси A несколько меньше, чем внутренний диаметр упругого элемента 1026, а диаметр внешней поверхности 2014 внутренней полости по отношению к продольной оси несколько больше, чем внешний диаметр упругого элемента 1026.
[00155] В некоторых вариантах осуществления, радиальное перемещение упругого элемента 1026 дополнительно ограничивается проксимальным концом 1912 завихрителя 1007 после крепления завихрителя 1007 к корончатой насадке 1006. Как показано на фиг.10, после сочленения корончатой насадки 1006 с завихрителем 1007 (например, путем вжатия при взаимодействии в канавку 1932 завихрителя 1007), кромочный участок 1934 завихрителя 1007 может простираться вовнутрь приподнятого участка 2002 корончатой насадки 1006. Следовательно, кромочный участок 1934 может дополнительно ограничивать и направлять позиционирование упругого элемента 1026 внутри корончатой насадки 1006.
[00156] В некоторых вариантах осуществления, конфигурация заглубленного центра 2004 корончатой насадки 1006 обеспечивает, по существу, окружение катода (не показан) головкой горелки (не показана), когда картридж 1000 сочленяют с головкой горелки. Катод можно физически спрягать, по меньшей мере, с одной из боковой стенки 2004a или нижней стенки 2004b полости, ограниченной заглубленным центром 2004. При сопряжении с катодом, корончатая насадка 1006 адаптируется для пропускания электрического тока от катода к электроду 1008 в контрольном режиме работы или в режиме дуги прямого действия. Например, в контрольном режиме работы, электрической ток можно пропускать от катода, по существу, сквозь боковую стенку 2004 корончатой насадки 1006 к упругому элементу 1026 и к электроду 1008. В режиме дуги прямого действия при эксплуатации, электрический ток можно пропускать от катода, по существу, сквозь нижнюю стенку 2004b корончатой насадки 1006 непосредственно к электроду 1008 посредством поверхностей 2010, 1044 контакта.
[00157] В некоторых вариантах осуществления, конфигурация приподнятого участка 2002 обеспечивает контакт и активацию расходного датчика внутри плазменно-дуговой горелки при установке картриджа 1000 на головке горелки. Эта функция приподнятого участка 2002 будет подробно описано ниже со ссылками на фиг.22. В некоторых вариантах осуществления, на кончике приподнятого участка 2002 расположено отверстие (не показано), простирающееся от внутренней поверхности до внешней поверхности корончатой насадки 1006. Кромочный участок 1934 завихрителя 1007 может простираться проксимально в корончатую насадку 1006 сквозь упомянутое отверстие, входя в контакт с расходным датчиком внутри горелки и активируя его. В некоторых вариантах осуществления, в корончатой насадке 1006 расположено, по меньшей мере, одно необязательное вентиляционное отверстие 2016 (выходное отверстие для газа), простирающееся от внутренней поверхности до внешней поверхности тела 2000, для охлаждения картриджа 1000 (например, охлаждения упругого элемента 1026). Например, вентиляционное отверстие 2016 может находиться на проксимальном кончике приподнятого участка 2002. В некоторых вариантах осуществления, кромочный участок 1934 завихрителя 1006 может простираться сквозь вентиляционное отверстие 2016 для активации расходного датчика. В некоторых вариантах осуществления, завихритель 1007 является частью корончатой насадки 1006.
[00158] В альтернативном варианте осуществления, как изображено на фиг.20b, отверстие 2030 простирается от внутренней поверхности до внешней поверхности корончатой насадки 1006 на дистальном конце 2022 корончатой насадки 1006. Таким образом, отверстие 2030 заменяет нижнюю стенку 2004b полости, ограниченной заглубленным центром 2004. В этом случае, катод адаптирован для прохождения сквозь отверстие 2030 и физического контакта с электродом 1008 в режиме дуги прямого действия.
[00159] В другом аспекте, между соплом 1010 и внешним компонентом 1002 может быть вставлен некоторый компонент для управления потоком газа между ними. На фиг.21 показан возможный прокладочный компонент 2150, который в общем случае может находиться между внешней поверхностью среднего участка 1705 сопла 1010 и внутренней поверхностью среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014. Прокладка 2150, которая может быть выполнена в виде шайбы, может быть частью внутреннего компонента 1004 (т.е., может быть прикреплена к внутреннему компоненту 1004), частью внешнего компонента 1002 (т.е., может быть прикреплена к внешнему компоненту 1002), или может быть автономной деталью. Прокладка 2150 может быть тонким, по существу, круглым диском с круглым отверстием 2152, расположенным в центре и имеющим конфигурацию, обеспечивающую окружение наружной поверхности сопла 1010 не его среднем участке 1705. Например, прокладке 2150 можно придать такие размеры, что: (i) ее внешний диаметр 2156 окажется примерно таким же, как внутренний диаметр среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014, или меньшим, но будет больше, чем внутренний диаметр дистального участка 1106 поджимного колпачка 1014; и (ii) диаметр 2158 круглого отверстия 2152 окажется таким же, как внутренний диаметр среднего участка 1705 сопла 1010, или будет больше, но будет меньшим, чем внутренний диаметр проксимального участка 1706 сопла 1010. В некоторых вариантах осуществления, круглое отверстие 2152 имеет множество соединенных с ним каналов 2154 газа (например, в виде прямоугольных щелей, полукругов, неправильных форм, букв, и т.д.). Каналы 2154 газа могут быть радиально распределены по круглому отверстию 2152 через регулярные или нерегулярные интервалы. В некоторых вариантах осуществления, размер, количество и/или форму каналов 2154 газа корректируют для разных процессов, чтобы за счет этого способствовать разным объемам и/или формам потоков газа, текущего по ним. Прокладка 2150 может быть изготовлена из электропроводного материала, такого, как латунь, медь или алюминий.
[00160] На фиг.22 показана возможная плазменно-дуговая горелка 2100, включающая в себя картридж 1000 согласно фиг.10 и головку 2102 горелки. В общем случае, конфигурация полой области 1022 картриджа 1000 (как показано на фиг.10) обеспечивает заключение в ней головки 2102 горелки и сочленение с ним головки 2102 горелки в этой области. На фиг.23 представлена возможная конфигурация головки 2102 горелки согласно фиг.22. Головка 2102 горелки ограничивает дистальный конец 2202 и проксимальный конец 2204 вдоль продольной оси A. Как показано, дистальный конец 2202 головки 2102 горелки в общем случае имеет внешний круговой участок 2206, участок 2208 внутренней полости, окруженный внутренним круговым участком 2206, и катод 2210, расположенный на участке 2208 полости, причем все они концентрично выровнены вдоль продольной оси A. Расходный датчик 2104 также может быть расположен в полости 2208 внутри головки 2102 горелки, по существу, параллельно катоду 2210. Внешний круговой участок 2206 может простираться дистально дальше вдоль продольной оси A, чем катод 2210. В некоторых вариантах осуществления, наружная поверхность внешнего кругового участка 2006 включает в себя один или несколько витков 2212 резьбы, конфигурация которых обеспечивает введение в зацепление с картриджем 1000. В некоторых вариантах осуществления, расходный датчик 2104 представляет собой переключатель, находящийся внутри головки 2102 горелки. Расходный датчик 2104 может присутствовать в виде плунжера, так что когда он не активирован, плунжер находится в выдвинутом положении. При активации расходного датчика 2104, горелка 2100 может обеспечить протекание тока от головки 2102 горелки к картриджу 1000, позволяя эксплуатировать горелку.
[00161] Обращаясь к фиг.22, отмечаем, что полой области 1022 картриджа 1000 приданы форма и размеры, делающие эту область дополняющей дистальный конец 2202 головки 2102 горелки таким образом что: (i) участок 1022а центральной полости полой области 1022 адаптирован для сопряжения с катодом 2210 головки 2102 горелки; а (ii) протяженный трубчатый участок 1022b полой области 1022 адаптирован для сопряжения с внешним круговым участком 2206 головки 2102 горелки. Участок 1022а центральной полости (т.е., полости, ограниченной заглубленным центром 2004 корончатой насадки 1006), по существу, окружает, по меньшей мере, с участок катода 2210 и физически контактирует с этим участком за счет физического заключения катода 2210 в картридж 1000 и прохождения в последнем. Таким образом, корончатая насадка 1006 расположена между катодом 2210 и электродом 1008, и эта корончатая насадка 1006 адаптирована для электрической связи с катодом 2210 и/или электродом 1008. В частности, заглубленный участок корончатой насадки 1006 обеспечивает зону сопряжения, которая позволяет катоду 2210 поддерживать прямую электрическую связь с электродом 1008, по меньшей мере, при работе в режиме дуги прямого действия. В некоторых вариантах осуществления, если внизу заглубленного участка корончатой насадки 1006 есть отверстие 2030 (как показано на фиг.20b), катод 2210 может быть расположен, проходя сквозь отверстие 2030, для поддержания прямой электрической связи и физического контакта с электродом 1008, по меньшей мере, при работе в режиме дуги прямого действия. В некоторых вариантах осуществления, катод 2210 может находиться рядом с упругим элементом 1026 и простираться, по существу, параллельно ему.
[00162] В некоторых вариантах осуществления, сопряжение между катодом 2210 и участком 1022а центральной полости полого тела 1022 предотвращает поворот внутреннего компонента 1004 (или, по меньшей мере, корончатой насадки 1006 внутреннего компонента 1004) в радиальной плоскости, тем самым радиально запирая корончатую насадку 1006 в нужном положении. Такое сопряжение также позволяет приподнятому участку 2002 прижать корончатую насадку 1006 к расходному датчику 2104 (например, подтолкнуть плунжер в отведенное положение), тем самым активируя датчик 2104 и позволяя горелке работать. В альтернативных вариантах осуществления, один или несколько приподнятых конструктивных элементов (не показаны) в других элементах картриджа 1000 (например, на завихрителе 1007) могут простираться проксимально мимо корончатой насадки 1006, прижимая ее к расходному датчику 2104 и активируя датчик 2014. Например, кромочный участок 1934 завихрителя 1007 может простираться мимо вентиляционного отверстия 2016 или другого отверстия (не показано) корончатой насадки 1006, входя в контакт с расходным датчиком 2104 и активируя его.
[00163] Поскольку внутренний компонент 1004 и внешний компонент 1002 картриджа 1000 выполнены с возможностью независимого поворота в осевой плоскости, радиальное запирание внутреннего компонента 1004 по-прежнему позволяет внешнему компоненту 1002 совершить осевой поворот. Следовательно, при взаимодействии в неподвижном состоянии между катодом 2210 и внутренним компонентом 1004, оператор может аксиально поворачивать внешний компонент 1002 таким образом, что витки 1104 резьбы, расположенные на внутренней поверхности поджимного колпачка 1014, осуществляют неподвижное зацепление с дополняющими витками 2212 резьбы на внешней поверхности головки 2102 горелки для дополнительного скрепления головки 2102 горелки с картриджем 1000. В альтернативном варианте, витки резьбы могут быть расположены на внутреннем компоненте 1004, скажем, на внешней поверхности завихрителя 1007 для введения в зацепление с головкой 2102 горелки.
[00164] В некоторых вариантах осуществления, уплотнение 1030, такое, как уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения, сочленено с наружной поверхностью завихрителя 1007 около его проксимального конца 1912 для взаимодействия с внутренней поверхностью головки 2102 горелки, когда картридж 1000 сочленяют с головкой 2102 горелки. Конфигурация уплотнения 1030 обеспечивает герметичное уплотнение текучих сред (например, газов) между картриджем 1000 и головкой 2102 горелки в этом месте.
[00165] В некоторых вариантах осуществления, сигнализирующее устройство 2106, такое, как электрически записываемое и/или считываемое устройство, крепится к завихрителю 1007 картриджа 1000 для передачи информации - в виде одного или нескольких сигналов - о завихрителе 1007 и/или других элементах картриджа. Возможная информация, кодируемая в сигнализирующем устройстве 2106, может включать в себя общую или фиксированную информацию, такую, как название, торговая марка, фирма-изготовитель, серийный номер и/или тип расходного материала. В некоторых вариантах осуществления, кодированная информация является особой для расходного материала, такой, как состав металла расходного материала, вес расходного материала, дата, время и/или место изготовления расходного материала, и т.д. Информация, кодированная для сигнализирующего устройства 2106, также может задавать рабочие параметры и/или данные о расходном материале, которые не зависят от определимой физической характеристики расходного материала. Сигнализирующее устройство 2106 может представлять собой метку или плату радиочастотной идентификации (РЧИД), этикетку или бирку со штрих-кодом, плату с интегральной схемой (ИС), или аналогичное средство. В некоторых вариантах осуществления, сигнализирующее устройство 2106 представляет собой окружную бирку РЧИД, обвитую вокруг наружной поверхности завихрителя 1007 (например, с помощью соединения на защелках) около его проксимального конца 1912. В общем случае, сигнализирующее устройство 2106 может быть частью картриджа 1000 и располагается в том месте в картридже 1000, которое удалено от металлических компонентов, могущих мешать передаче и приему сигналов. В некоторых вариантах осуществления, в головке 2102 горелки или картридже 1000 может быть расположен приемник 2107 для приема информации, которую сигнализирующее устройство 2106 передает беспроводным методом. Приемник 2107 адаптирован для обработки этих сигналов с целью извлечения требуемых данных и направления этих данных в процессор (не показан) для анализа.
[00166] На фиг.24a и b показаны возможные пути протекания тока вспомогательной дуги через картридж 1000 согласно фиг.10 во время инициирования вспомогательной дуги. В частности, на фиг.24a показан возможный путь 2400 протекания тока вспомогательной дуги через картридж 1000, если электрод 1008 имеет, по меньшей мере, один фланец 2402, расположенный по окружности тела электрода. При эксплуатации горелки в режиме вспомогательной дуги, фланец 2402 адаптирован для вступления в контакт с соплом 1010 вместо дистального конца 2404 электрода 1008. В дополнение к этому, когда фланец 2402 вступает в контакт с соплом 1010, между дистальный концом 2404 электрода 1008 и соплом 1010 может существовать просвет. Как описано выше, источник питания (не показан) может обеспечивать дуги 2400 ток вспомогательной от головки 2102 горелки к картриджу 1000 при активации расходного датчика 2104. Как показано, ток 2400 вспомогательной дуги адаптирован для прохождения от катода 2210 головки 2102 горелки через тело 2000 корончатой насадки 1006, где она контактирует с катодом 2210, к упругому элементу 1026, заключенному внутри корончатой насадки 1006. Ток вспомогательной дуги 2400 может проходить к электроду 1008 через упругий элемент 1026, который отклоняет электрод 1008 к соплу 1010. Поскольку упругий элемент 1026 отводит электрод 1008, заставляя упираться в сопло 1010 на фланце 2402, физический контакт и электрическая связь между поверхностью 2010 контакта корончатой насадки 1006 и соответствующей поверхностью 1044 контакта электрода 1008 отсутствуют. Конфигурация упругого элемента 1026 может обеспечивать прохождение, по существу, всего тока 2400 вспомогательной дуги от корончатой насадки 1006 к электроду 1008. Ток 2400 продолжает течь от фланца 2402 электрода 1008 к соплу 1010 и обратно к источнику питания через поджимной колпачок 1014 и головку горелки (не показана).
[00167] На фиг.24b показан возможный путь 2450 протекания тока вспомогательной дуги через картридж 1000 в случае, если электрод 1008 не имеет никакого конструктивного элемента, контактирующего с соплом (например, не имеет фланцев 2402) и не являющегося дистальным концом 2404, где находится гафний 1042. В этой конфигурации, путь 2450 тока вспомогательной дуги аналогичен пути 2400 тока вспомогательной дуги, за исключением дистального конца 2404 электрода 1008, адаптированного для контакта с соплом 1010, когда упругий элемент 1026 отводит электрод 1008, заставляя его упираться в сопло 1010.
[00168] После инициирования вспомогательной дуги, в камеру 1040 плазмы между электродом 1008 и соплом 1010 вводится газ. Давление газа внутри камеры 1040 плазмы может расти до тех пор, пока давление не окажется достаточным для преодоления разделяющей силы, прикладываемой упругим элементом 1026. В этот момент, давление газа перемещает электрод 1008 к корончатой насадке 1006 и от сопла 1010 вдоль продольной оси A (с одновременным сжатием упругого элемента 1026) до тех пор, пока соответствующая поверхность 1044 контакта электрода 1008 не вступит в физический контакт с поверхностью 2010 контакта корончатой насадки 1006. Когда электрод 1008 перемещается от сопла 1010 по действием давления газа, в камере 1040 плазмы генерируется или инициируется дуга, что приводит к образованию плазменной дуги или струи плазмы, которую можно переносить на заготовку (не показана).
[00169] На фиг.25 показан возможный путь протекания тока дуги прямого действия через картридж 1000 согласно фиг.10 во время эксплуатации горелки в режиме дуги прямого действия. В этом режиме, соответствующая поверхность 1044 контакта электрода 1008 осуществляет взаимодействие, по существу, в планарном физическом контакте с поверхностью 2010 контакта корончатой насадки 1006 для установления электрической связи (например, электрический ток проходит между корончатой насадкой 1006 и электродом 1008 в зоне сопряжения поверхности 2010 контакта и соответствующей поверхностью 1044). Когда поверхность 2010 контакта корончатой насадки 1006 упирается в соответствующую поверхность 1044 электрода 1008, путь тока устанавливается таким образом, что, по меньшей мере, часть тока проходит непосредственно между этими двумя компонентами. Когда дуга перенесена на заготовку, в горелку подается ток резания (например, в течение режима дуги прямого действия). Ток резания можно пропускать от катода 2210 через корончатую насадку 1006 к электроду 1008 во время работы в режиме дуги прямого действия за счет (1) упругого элемента 1026 и/или (2) зоны сопряжения между поверхностями 2010, 1044 контакта. В некоторых вариантах осуществления, как изображено на фиг.25, путь 2500 тока, который проходит непосредственно от катода 2210 к электроду 1008 через корончатую насадку 1006, имеет сопротивление, которое ниже, и/или проводимость, которая выше, чем на пути тока от катода 2210 до корончатой насадки 1006 и через упругий элемент 1026 к электроду 1008. Более низкое сопротивление на пути 2500 тока в дальнейшем повышается за счет того, что корончатая насадка 1006 физически контактирует и с катодом 2210, и с электродом 1008 в течение режима дуги прямого действия. Следовательно, по существу, весь электрической ток 2500 для поддержания плазменной дуги (в режиме дуги прямого действия) может быть пропущен непосредственно между поверхностью 2010, 1044 контакта.
[00170] В общем случае, внутренний компонент 1002 является, по существу, проводящим для подержания эксплуатации, как в режиме вспомогательной дуги, так и в режиме дуги прямого действия. Кроме того, корончатая насадка 1006 может поддерживать непосредственный физический и электрический контакт с катодом 2210, как в режиме вспомогательной дуги, и так и в режиме дуги прямого действия. Корончатая насадка 1006 может также поддерживать непосредственный физический и электрический контакт с электродом 1008 в режиме дуги прямого действия. В некоторых вариантах осуществления, в нижней стенке 2004b заглубленного центра 2004 корончатой насадки 2006 есть отверстие, которое обеспечивает физический контакт и электрическую связь катода 2210 с электродом 1008 в режиме дуги прямого действия. В режиме вспомогательной дуги, катод 2210 может быть физически отделен от электрода 1008 благодаря разделяющей силе, прикладываемой упругим элементом 1026 к электроду 1008.
[00171] На фиг.26 представлен возможный путь потока газа через картридж 1000 согласно фиг.10, Поток 2602 газа можно вводить в картридж 1000, и этот поток может двигаться к дистальному концу 1017 внешнего компонента 1002 в канале между внутренней поверхностью поджимного колпачка 1014 и внешней поверхностью завихрителя 1007. Поток 2602 газа адаптирован для перемещения поверх ребер 1914, расположенных в канале, где ребра 1914 могут находиться на наружной поверхности завихрителя 1007 и/или на внутренней поверхности поджимного колпачка 1014. Поток 2602 газа раздваивается на дистальном конце 1910 завихрителя 1007 с получением: (i) охлаждающего электрод потока 2604, направленного через набор щелей 1903 для протекания газа на дистальном конце 1910 завихрителя 1007; и (ii) потока 2608 через поджимной колпачок, в общем случае направленного между соплом 1010 и поджимном колпачком 1014. Как изображено, охлаждающий электрод поток 2604 может дополнительно раздваиваться на две части - поток 2606 через камеру плазмы и поток 2607 через вентиляционное отверстие. Поток 2606 через камеру плазмы движется дистально между наружной поверхностью электрода 1008 и внутренней поверхностью сопла 1010, охлаждая и электрод 1008, и сопло 1010, перед тем, как достичь камеры 1040 плазмы, для сужения в ней плазменной дуги. Поток 2606 через камеру плазмы может выходить из камеры 1040 плазмы через выходное отверстие сопла, принадлежащее соплу 1010, и выходное отверстие 1506 экрана, принадлежащее экрану 1012. Поток 2607 через вентиляционное отверстие адаптирован для движения в обратном направлении к проксимальному концу 1018 внешнего компонента 1002 и для выхода из картриджа 1000 через вентиляционное отверстие 2016 в корончатой насадке 1006.
[00172] Поток 2608 через поджимной колпачок адаптирован для движения в канале между внутренней поверхностью поджимного колпачка 1014 и наружной поверхностью сопла 1010. В некоторых вариантах осуществления, поток 2608 через поджимной колпачок может двигаться по одному или нескольким каналам 2154 газа на прокладочном компоненте 2150, находящемся между средним участком 1107 поджимного колпачка 1014 и средним участком 1705 сопла 1010. Этим каналам 2154 газа можно придать такие размеры и очертания, которые способствуют регулированию потоков газа по этим каналам. Поток 2608 через поджимной колпачок может продолжаться в секцию канала между дистальным участком 1106 поджимного колпачка 1014 и средним участком 1705 сопла 1010. В некоторых вариантах осуществления, плоские элементы 1710a на наружной поверхности сопла 1010 обеспечивают промежуток между соплом 1010 и поджимном колпачком 1014, допуская прохождение потока газа через этот промежуток. На дистальном участке 1106 поджимного колпачка 1014, одно или несколько вентиляционных отверстий 1102, расположенных на поджимном колпачке 1014, обеспечивают вытекание потока 2608 через поджимной колпачок из канала между поджимным колпачком 1014 и соплом 1010 и раздваивание на две части - дистальный поток 2610 через экран и проксимальный поток 2612 через экран. Дистальный поток 2610 через экран может двигаться к дистальному концу 1017 внешнего компонента 1002 между соплом 1010 и экраном 1012 и выходить из картридж 1000 либо через выходное отверстие 1506 экрана, принадлежащее экрану 1012, либо через упомянутое одно или несколько вентиляционных отверстий 1504 на экран 1012. Дистальный поток 2610 через экран может охлаждать сопло 1010 и экран 1012. Проксимальный поток 2612 через экран может течь проксимально, проходя через щели 1306 и каналы 1318 газа изолирующего компонента 1028, расположенного между экраном 1012 и узлом поджимного колпачка 1014 и накрывающей гильзы 1016. Проксимальный поток 2612 через экран может выходить из картриджа 1000, по меньшей мере, через одно вентиляционное отверстие 2620, находящееся между накрывающей гильзой 1016 и экраном 1012. Проксимальный поток 2612 через экран адаптирован для охлаждения изолирующего компонента 1028 и экрана 1012.
[00173] В некоторых вариантах осуществления, завихрение и/или смешение потоков газа (т.е., движение, характеризующееся присутствием осевой, радиальной и окружной составляющих в потоках газа) может происходить в нескольких местах на протяжении картриджа 1000, скажем, в местах, где проточные каналы являются относительно прямыми. Например, завихрение и/или смешение потока 2607 через вентиляционное отверстие может происходить, когда этот поток движется через корончатую насадку 1006. В качестве другого примера, отметим, что завихрение и/или смешение потока 2608 через поджимной колпачок может происходить, когда этот поток движется в канале между внутренней поверхностью дистального участка 1106 поджимного колпачка 1014 и наружной поверхностью среднего участка 1705 сопла 1010. В еще одном примере, завихрение и/или смешение проксимального потока 2612 через экран может происходить когда этот поток протекает проксимально через изолирующий компонент 1028.
[00174] На фиг.27 представлено изображение в разобранном виде картриджа 1000 согласно фиг.10. На фиг.27 показаны экран 1012, изолирующий компонент 1028, накрывающая гильза 1016, поджимной колпачок 1014, прокладочный компонент 2150, сопло 1010, вставка 1042, электрод 1008, упругий элемент 1026, завихритель 1007, корончатая насадка 1006, уплотнение 1030 и сигнализирующее устройство 2106. Во время сборки внешнего компонента 1002, накрывающую гильзу 1016 можно наформовывать на поджимной колпачок 1014, делая ее, по существу, окружающей, по меньшей мере, средний участок 1107 и проксимальный участок 1108 поджимного колпачка 1014. Дистальный участок 1106 поджимного колпачка 1014 может быть, по существу, раскрытым. Изолирующий компонент 1028 можно неподвижно крепить к дистальному концу 1208 накрывающей гильзы 1016 (например, с помощью соединения на защелках) таким образом, что дистальный участок 1106 поджимного колпачка 1014 также будет проходить через отверстие 1316 изолирующего компонента 1028 и окажется, по существу, раскрытым. На фиг.14a-c показан возможный узел поджимного колпачка 1014, накрывающей гильзы 1016 и изолирующего компонента 1028. Экран 1012 может быть неподвижно скреплен с накрывающей гильзой 1016 и изолирующим компонентом 1028 (например, с помощью обжатия). В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один из экрана 1012, изолирующего компонента 1028, накрывающей гильзы 1016 и поджимного колпачка 1014 (скажем, все эти компоненты) образует внешний компонент 1002. При сборке, элементы внешнего компонента 1002 выравниваются радиально и концентрично по отношению к продольной оси A.
[00175] Во время сборки внутреннего компонента 1002, электрод 1008 заключают в камеру, образованную путем сочленения сопла 1010 с дистальным концом 1910 завихрителя 1007. Сопло 1010 можно надежно крепить к завихрителю 1007 (например, с помощью обжатия). Это межсоединение обуславливает крепление электрода 1008 внутри внутреннего компонента 1002, а внутренняя стенка завихрителя при этом обеспечивает осевое выравнивание электрода 1008 по продольной оси С относительно сопла 1010 таким образом, что осевое перемещение электрода 1008 оказывается ограниченным. Упругий элемент 1026 вставляют в завихритель 1007 с его проксимального конца 1912 до тех пор, пока он не вступит в контакт с относительно плоским проксимальным концом электрода 1008 внутри завихрителя 1007. Затем корончатую насадку 1006 надежно крепят к проксимальному концу 1912 завихрителя 1007, по существу, заключая при этом упругий элемент 1026 в приподнятом участке 2002 корончатой насадки 1006 и осуществляя осевое выравнивание упругого элемента 1026 относительно корончатой насадки 1006. Корончатая насадка 1006 может быть соединена с завихрителем 1007, например, с помощью обжатия. Это межсоединение приводит к тому, что отклоняющая поверхность 2008 корончатой насадки 1006 отклоняет упругий элемент 1026 к проксимальному концу электрода 1008, тем самым отводя его в положение упора в сопло 1010. Это межсоединение также приводит к продольному выравниванию электрода 1008 по отношению к корончатой насадке 1006 таким образом, что в течение режима дуги прямого действия можно лишь отводить электрод 1008 от сопла 1010 достаточно далеко, пока он не упрется в поверхность 2010 контакта заглубленного центра 2004 корончатой насадки 1006.
[00176] В некоторых вариантах осуществления, уплотнение 1030 расположено вокруг внешней поверхности завихрителя 1007 либо перед креплением корончатой насадки 1006 к завихрителю 1007, либо после такого крепления. В некоторых вариантах осуществления, сигнализирующее устройство 2106 расположено вокруг внешней поверхности завихрителя 1007 для хранения и передачи информации об одном или нескольких компонентах картриджа 1000,
[00177] Для сборки картриджа 1000, сначала можно установить предусматриваемую по выбору прокладку 2150 в упомянутого, по существу, полое тело внешнего компонента 1002 с проксимального конца 1206 накрывающей гильзы 1016. Прокладку 2150 можно дистально продвигать внутри полого тела внешнего компонента 1002 до тех пор, пока она не достигнет дистального конца среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014, а дальнейшее продвижение с целью перемещения в дистальный участок 1106 поджимного колпачка 1014 не окажется невозможным. В этот момент, прокладка 2150 адаптирована для посадки вокруг внутренней окружной поверхности среднего участка 1107 поджимного колпачка 1014 и радиального выравнивания с ней. Можно также располагать внутренний компонент 1004 в полом теле внешнего компонента 1002 с проксимального конца 1206 накрывающей гильзы 1016. Дистальный конец 1704 сопла 1010 адаптирован для перемещения сквозь отверстие 2152 прокладки 2150 и отверстие на дистальном участке 1106 поджимного колпачка 1014. Такое дистальное продвижение внутреннего компонента 1004 прекращается, когда проксимальный участок 1706 сопла 1010 вступает в контакт с прокладкой 2150, а сопло 1010 больше не может перемещаться сквозь отверстие 2152 прокладки 2150. В этот момент, оператор может сочленить внешний компонент 1002 с внутренним компонентом 1004, образуя зону 1020 сопряжения, за счет взаимодействия при вращении и осевого скрепления удерживающего конструктивного элемента 1102 поджимного колпачка 1014 с удерживающим конструктивным элементом 1708 на сопле 1010 (например, с помощью соединения на защелках) таким образом, что оба эти компонента смогут независимо поворачиваться друг относительно друга при взаимодействии.
[00178] В некоторых вариантах осуществления, взаимодействие между соплом 1010 и поджимным колпачком 1014 в зоне 1020 сопряжения фиксируется и в осевом, и в радиальном направлении. Вместо этого, поворотное взаимодействие и осевое скрепление могут происходить в одной из зон 1021 или 1023 сопряжения. Например, сопло 1010 можно неподвижно крепить к поджимному колпачку 1014 в зоне 1020 сопряжения. Вместо вышеописанного, поворотное взаимодействие и осевое скрепление между внутренним и внешним компонентами происходит в зоне 1021 сопряжения между завихрителем 1007 и соплом 1010. В качестве другого примера, отметим, что сопло 1010 и завихритель 1007 можно неподвижно скреплять в обеих зонах сопряжения - 1020 и 1021. Вместо вышеописанного, поворотное взаимодействие и осевое скрепление между внутренним и внешним компонентами происходит в зоне 1023 сопряжения между корончатой насадкой 1006 и завихрителем 1007.
[00179] В некоторых вариантах осуществления, предложен способ сборки картриджа 1000 согласно фиг.10. Способ может предусматривать расположение внутреннего компонента 1004 внутри полого тела внешнего компонента 1002. В некоторых вариантах осуществления, прокладку 2150 можно сначала расположить в полом теле внешнего компонента 1002 перед расположением внутреннего компонента 1004 внутри полого тела. Способ предусматривает поворотное взаимодействие и осевое сочленение друг с другом внутреннего и внешнего компонентов за счет осевого сдерживания внешнего компонента 1002 относительно переднего участка внутреннего компонента 1004 (например, на сопле 1010 внутреннего компонента 1004), допуская при этом независимый поворот внутреннего и внешнего компонентов друг относительно друга. После такого взаимодействия, задний участок внутреннего компонента 1004 (например, завихритель 1007, электрод 1008, корончатую насадку 1006 и упругий элемент 1026) может быть, по существу, подвешен и радиально ориентирован внутри полого тела внешнего компонента 1002. Такому радиальному выравниванию между внутренним и внешним компонентами могут способствовать ребра 1914, которые могут располагаться на поверхности завихрителя 1007 или другого компонента картриджа (например, на внутренней поверхности поджимного колпачка 1014).
[00180] Сборку внутреннего компонента 1004 можно проводить, располагая электрод 1008 внутри полого тела завихрителя 1007, удерживая электрод 1008 внутри полого тела за счет неподвижного скрепления сопла 1010 с дистальным концом 1910 завихрителя 1007 и неподвижно скрепляя корончатую насадку 1006 с проксимальным концом 1912 завихрителя 1007. Сборку внешнего компонента 1002 можно проводить, наформовывая накрывающую гильзу 1016 на поджимной колпачок 1014. В некоторых вариантах осуществления, внешний компонент 1002 может дополнительно включать в себя изолирующий компонент 1028 и/или экран 1012, неподвижно соединенный с накрывающей гильзой 1016 и/или изолирующим компонентом 1028.
[00181] Картридж 1000 можно сочленить с головкой 2102 горелки, принадлежащей плазменно-дуговой горелке 2100, чтобы сделать эксплуатацию горелки возможной. Во время сборки, головку 2102 горелки можно вставлять в полое тело 1022 картриджа 1000 таким образом, что (i) катод 2210 головки 2102 горелки окажется физически сопряженным с участком 1022а центральной полости полого тела 1022, который ограничен выемкой корончатой насадки 1066, и/или (ii) протяженный внешний круговой участок 2206 головки 2102 горелки окажется физически сопряженным с трубчатым участком 1022b полого тела 1022. В этой конфигурация, корончатая насадка 1006 располагается между катодом 2210 и электродом 1008, а выравнивают эти три компонента радиально и продольно. Корончатая насадка 1006 адаптирована для выравнивания с расходным датчиком 2104, и в этом положении внутренний компонент 1004 закреплен радиально, а внешний компонент 1002 картриджа 1000 остается поворачиваемым независимо. Таким образом, оператор может поворачивать внешний компонент 1002 для введения витков 1104 резьбы на внутренней поверхности поджимного колпачка 1014 картриджа 1000 в зацепление с витками 2212 дополняющей резьбы на наружной поверхности внешнего кругового участка 2206 головки 2102 горелки, тем самым скрепляя головку 2102 горелки с картриджем 1000. В частности, когда витки 1104 резьбы поджимного колпачка 1014 поворачиваются относительно витков 2212 дополняющей резьбы головки 2102 горелки, внешний компонент 1002 совершает и радиальное (поворот с витками 1104 резьбы), и осевое (продвижение к головке 2102 горелки) перемещение, а внутренний компонент 1004 может продвигаться к головке 2102 горелки вдоль оси, но не по радиусу. Когда витки 1104, 2212 резьбы вводятся в зацепление, головка 2102 горелки полностью садится на свое место.
[00182] В некоторых вариантах осуществления, после взаимодействия головки 2102 горелки и картриджа 1000, приподнятый участок 2002 корончатой насадки 1006 или протяженная кромка 1934 завихрителя 1007 оказывается прижатой к расходному датчику 2104, находящемуся внутри головки 2102 горелки, для активации протекания электрического тока от катода 2210 головки 2102 горелки к картриджу 1000. Протекание электрического тока позволяет осуществить один из режима вспомогательной дуги или режиме дуга прямого действия при эксплуатации горелки. При эксплуатации в режиме вспомогательной дуги, электрической ток течет от катода 2210 к отклоняющей поверхности 2008 на проксимальном конце 2020 корончатой насадки 1006, к упругому элементу 1026 и к электроду 1008, и это представляет собой часть пути тока. При эксплуатации в режиме дуги прямого действия, электрической ток течет от катода 2210 к поверхности 2010 контакта на дистальном конце 2022 корончатой насадки 1006 и к соответствующей поверхности 1044 контакта электрода 1008, и это представляет собой часть пути тока. В альтернативном варианте, в режиме дуги прямого действия, электрической ток может течь непосредственно от катода 2210 к электроду 1008, поскольку оба эти компонента физически контактируют друг с другом.
[00183] Следует понять, что различные аспекты и варианты осуществления изобретения можно объединять различными способами. На основе принципов этого описания, обычный специалист в данной области техники легко сможет определить, как объединить эти различные варианты осуществления. По прочтении этого описания, специалисты в данной области техники также смогут провести модификации.