用于等离子体弧炬的不对称消耗件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体而言涉及可以用于一种切割具有至少一个阴角/内部拐角(internalcorner)的工件表面的等离子体电弧焊炬/弧炬(arc torch)中的一个或多个不对称消耗件。
【背景技术】
[0002]热加工焊炬，诸如等离子体电弧焊炬，广泛地用于加热、切割、刨割/刨槽和标记材料。等离子体电弧焊炬大体上包括电极，安装在焊炬主体内的具有中央出口孔的喷嘴，电连接件，用于冷却的通路、和用于电弧控制流体(例如，等离子气体)的通路。可选地，采用旋流环/涡流环(swirl ring)来控制形成于电极与喷嘴之间的等离子体腔室中的流体流型。在某些焊炬中，可以使用固持帽来维持在等离子体电弧焊炬中的喷嘴和/或涡流环。在操作中，该焊炬产生等离子体电弧，等离子体电弧是一种具有高温和足够动量的离子化气体的收缩的射流，用于辅助移除熔融金属。
[0003]现有等离子体电弧焊炬，包括手持等离子体电弧焊炬的问题在于它们难以齐平地切割具有一个或多个阴角的工件，这归因于焊炬的轴向配置。如图1所示，包括旋转对称焊炬焊嘴(torch tip) 102的常规等离子体电弧焊炬100，不能在工件中沿着所希望的路径104进行齐平切割。具体而言，等离子体电弧焊炬100难以尽可能靠近抵靠基座108的水平表面107切掉突伸的凸缘106，而不在水平表面107下方切割。替代地，由路径110指示了能由等离子体电弧焊炬100实现的最佳切割。因此，需要二次操作，诸如研磨来移除过量工件部段112以实现所希望的齐平切割104。此外，等离子体电弧焊炬10越靠近于工件的拐角而导向等离子体电弧流动，电弧就越可能非故意地损坏基座108，诸如在基座108的水平表面107下方沿着路径114延伸所述切割。等离子体电弧焊炬100的又一局限性在于其不能确保工件的拐角中的切割一致地可再现。例如，等离子体电弧焊炬100并不具有任何定位机构来确保能在不同工件拐角中的相同相对位置处做出相同切割。
【发明内容】
[0004]因而，需要靠近于工件阴角执行齐平切割操作同时最小化二次修整和避免给工件的任何其余部分造成损坏的系统和方法。此外，需要用以确保切割可重复和可再现的系统和方法。这些系统和方法可以用于许多工业应用中，诸如在具有许多内部隔室的载货挂车或船壳中执行齐平切割。
[0005]在一方面，本发明提供一种能在等离子体电弧焊炬中用于将等离子体电弧导向至工件的加工表面的可消耗套件。可消耗套件包括喷嘴，喷嘴包括:I)喷嘴主体，其限定穿过它延伸的纵向轴线；以及2)喷嘴出口孔，其安置于喷嘴主体中，用于使等离子体电弧收缩。喷嘴出口孔限定了出口孔轴线，出口孔轴线相对于纵向轴线以非零角度定向。可消耗套件还包括大体上平行于出口孔轴线的对准表面。对准表面的尺寸设定为对准所述出口孔从而使得等离子体电弧正交地碰撞到加工表面上。
[0006]在某些实施例中，对准表面被配置为用以抵靠着引导表面而至少基本上齐平安放，引导表面相对于工件的加工表面成角度。引导表面可以是可附连到工件或等离子体电弧焊炬上的模板的一部分。在某些实施例中，对准表面平行于出口孔轴线。对准表面也可以在平行于出口孔轴线大约10度内。
[0007]在某些实施例中，可消耗套件还包括:第二对准表面，其相对于对准表面成角度。第二对准表面与对准表面协同工作，对准所述等离子体电弧以正交地碰撞到加工表面上。可消耗套件还可包括弯曲表面，弯曲表面用于使对准表面与第二对准表面互连。第二对准表面可以被配置成用以接触该加工表面。对准表面或第二对准表面中的至少一个可以位于喷嘴的外表面上。
[0008]在某些实施例中，可消耗套件包括相对于对准表面和第二对准表面成角度的第三对准表面。第三对准表面与对准表面和第二对准表面协同工作，对准所述等离子体电弧以正交地碰撞到加工表面上。第三对准表面可以被配置成用以接触第二引导表面，第二引导表面相对于引导表面和工件的加工表面成角度。
[0009]在某些实施例中，可消耗套件还包括屏蔽件，其具有对准表面、第二对准表面或第三对准表面中的至少一个。
[0010]在某些实施例中，对准表面包括倒圆部分。喷嘴出口孔可以限定沿着出口孔轴线的内部开口和外部开口。对于这种配置而言，从由对准表面的倒圆部分所限定的几何弧形上的第一点到喷嘴出口孔的外部开口的中心的距离是至少基本上等于从对准表面的倒圆部分的几何弧形上的第二点到喷嘴出口孔的外部开口的中心的距离。喷嘴出口孔的外部开口的中心离对准表面可能小于约0.25英寸。喷嘴出口孔的外部开口可以位于第二对准表面上，第二对准表面相对于对准表面成角度。
[0011]在某些实施例中，喷嘴出口孔是弯曲的或直的。在某些实施例中，喷嘴或对准表面被涂覆电绝缘材料。在某些实施例中，等离子体电弧焊炬是手持等离子体电弧焊炬。
[0012]在另一方面，本发明提供一种用于等离子体电弧焊炬的喷嘴。喷嘴包括喷嘴主体，喷嘴主体具有:1)穿过喷嘴主体延伸的纵向轴线；2)内部结构，其关于纵向轴线大体上旋转对称；以及3)外部结构，其关于纵向轴线旋转不对称。该喷嘴包括出口孔，出口孔在喷嘴主体的内部结构与外部结构之间穿过，用于使穿过出口孔的等离子体电弧收缩。出口孔关于纵向轴线旋转不对称。该喷嘴还包括对准表面，其位于喷嘴主体的外部结构上以用于引导等离子体电弧到工件的加工表面上的特定位置。
[0013]在某些实施例中，喷嘴的出口孔限定了大体上平行于对准表面的出口孔轴线。在某些实施例中，出口孔轴线相对于穿过喷嘴主体延伸的纵向轴线以非零角度定向。
[0014]在某些实施例中，该喷嘴还包括:位于喷嘴主体的外部结构上的第二对准表面。第二对准表面适于接触工件的加工表面。
[0015]在某些实施例中，喷嘴的对准表面适于接触引导表面，引导表面引导所述等离子体电弧碰撞加工表面。工件的加工表面可以与引导表面相对地成角度。例如，加工表面和引导表面可以彼此垂直并且等离子体电弧能正交地碰撞于加工表面上。在某些实施例中，对准表面包括倒圆部分。
[0016]在另一方面，本发明提供一种用于手持等离子体电弧焊炬的焊炬焊嘴。焊炬焊嘴包括用于生成等离子体电弧的喷嘴。喷嘴可以包括喷嘴主体。焊炬焊嘴还包括等离子体电弧出口孔，等离子体电弧出口孔位于喷嘴主体中用于使等离子体电弧收缩。等离子体电弧出口孔限定了出口孔轴线。焊炬焊嘴还包括由与出口孔轴线相交的平面所分割的第一部分和第二部分。第一部分具有比第二部分更小的体积。焊炬焊嘴还包括位于焊炬焊嘴的第一部分的外表面上的对准表面，其用以引导等离子体电弧以正交方式碰撞到工件的加工表面上。在出口孔轴线与对准表面之间的距离可以小于0.5英寸，小于0.25英寸或小于0.125英寸。
[0017]在某些实施例中，出口孔轴线定位成与穿过喷嘴主体延伸的纵向轴线成非零角度。
[0018]在某些实施例中，焊炬焊嘴包括第二对准表面，其定位于焊炬焊嘴的第二部分的外表面上。第二对准表面被配置成用以接触所述工件的加工表面。在某些实施例中，焊炬焊嘴的第一部分为第二部分体积的约1/3或更小。
[0019]在另一方面，本发明提供一种制造可在等离子体电