Boquilla para una antorcha de plasma refrigerada por líquido, disposición de la misma y un capuchón de boquilla así como antorcha de plasma refrigerada por líquido con una disposición de este tipo.

Boquilla (4) para una antorcha de plasma refrigerada por líquido, que comprende una perforación de boquilla

(4.10) para la salida de un chorro de gas de plasma en una punta de boquilla (4.11) y un primer segmento (4.17), cuya superficie externa (4.2) se estrecha en forma de cono hacia la punta de boquilla (4.11) formando un ángulo α, caracterizada por que sobre la superficie externa (4.2) está dispuesto al menos un segmento de desviación (4.21; 4.22; 4.23; 4.24) que se ensancha en forma de cono hacia la punta de boquilla (4.11) formando un respectivo ángulo β1, β2.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DE2009/000395.

Solicitante: KJELLBERG FINSTERWALDE PLASMA UND MASCHINEN GMBH.

Inventor/es: REINKE,RALF-PETER, GRUNDKE,TIMO, LAURISCH,FRANK, KRINK,VOLKER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00;... > Producción del plasma; Manipulación del plasma... > H05H1/34 (Detalles, p. ej. electrodos, toberas)

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DESCRIPCIÓN

Boquilla para una antorcha de plasma refrigerada por líquido, disposición de la misma y un capuchón de boquilla así como antorcha de plasma refrigerada por líquido con una disposición de este tipo La presente invención se refiere a una boquilla para una antorcha de plasma refrigerada por líquido, a una disposición de la misma y un capuchón de boquilla así como a una antorcha de plasma refrigerada por líquido con una disposición de este tipo.

Se denomina plasma a un gas eléctricamente conductor térmicamente muy caliente que se compone de iones positivos y negativos, electrones así como moléculas y átomos excitados y neutros.

Como gas de plasma se utilizan diferentes gases, por ejemplo el argón monoatómico y/o los gases diatómicos hidrógeno, nitrógeno, oxígeno o aire. Estos gases se ionizan y disocian mediante la energía de un arco voltaico. Entonces, el arco voltaico que se introduce a través de una boquilla se denomina chorro de plasma.

Puede influirse considerablemente en los parámetros del chorro de plasma mediante la configuración de la boquilla y el electrodo. Estos parámetros del chorro de plasma son por ejemplo el diámetro de chorro, la temperatura, densidad de energía y la velocidad de flujo del gas.

Por ejemplo, en el caso de corte con chorro de plasma se introduce el plasma a través de una boquilla, que puede estar enfriada por gas o agua. De este modo pueden alcanzarse densidades de energía de hasta 2x106 W/cm2. En el chorro de plasma se generan temperaturas de hasta 30.000º C, que junto con la alta velocidad de flujo del gas implementan velocidades de corte muy altas en materiales.

Las antorchas de plasma pueden hacerse funcionar de manera directa o indirecta. En el caso del funcionamiento directo, la corriente fluye desde la fuente de corriente a través del electrodo de la antorcha de plasma, el chorro de plasma generado por medio de arco voltaico e introducido a través de la boquilla directamente a través de la pieza de trabajo de vuelta a la fuente de corriente. Con el funcionamiento directo pueden cortarse materiales eléctricamente conductores.

En el caso el funcionamiento indirecto, la corriente fluye desde la fuente de corriente a través del electrodo de la antorcha de plasma, el chorro de plasma generado por medio de arco voltaico e introducido a través de la boquilla y la boquilla de vuelta a la fuente de corriente. A este respecto la boquilla se solicita aún más que en el caso del corte con chorro de plasma directo, porque no sólo pasa el chorro de plasma a través de la misma sino que también implementa el punto de partida del arco voltaico. Con el funcionamiento indirecto pueden cortarse materiales tanto eléctricamente conductores como no conductores.

Debido a la elevada solicitación térmica de la boquilla, por regla general, ésta se fabrica a partir de un material de metal, preferiblemente de cobre por su alta conductividad eléctrica y conductividad térmica. Lo mismo se aplica para el portaelectrodos, que sin embargo también puede fabricarse de plata. La boquilla se introduce entonces en una antorcha de plasma, cuyos componentes principales son un cabezal de antorcha de plasma, un capuchón de boquilla, una parte de conducción de gas de plasma, una boquilla, un soporte de boquilla, un alojamiento de electrodo, un portaelectrodos con pieza insertada de electrodo y en el caso de las antorchas de plasma modernas un soporte de capuchón protector de boquilla y un capuchón protector de boquilla. El portaelectrodos fija una pieza insertada de electrodo puntiaguda de volframio, que es adecuada para el uso de gases no oxidantes como gas de plasma, por ejemplo una mezcla de argón-hidrógeno. Un denominado electrodo plano, cuya pieza insertada de electrodo se compone por ejemplo de hafnio, también es adecuado para el uso de gases oxidantes como gas de plasma, por ejemplo aire u oxígeno. Para conseguir una vida útil prolongada para la boquilla, en este caso se enfría con un líquido, por ejemplo agua. El medio de refrigeración se guía, a través de una alimentación de agua, hacia la boquilla y a través de un retorno de agua se evacua de la misma y a este respecto fluye a través de una cámara de medio de refrigeración, delimitada por la boquilla y el capuchón de boquilla.

En el documento DD 36014 B1 se describe una boquilla. Ésta está compuesta por un material muy conductor, por ejemplo cobre, y tiene una forma geométrica asociada al respectivo tipo de antorcha de plasma, por ejemplo una cámara de descarga configurada de manera cónica con una salida de boquilla cilíndrica. La forma externa de la boquilla está configurada como cono, consiguiéndose un grosor de pared casi igual, que se dimensiona de tal manera que se garantiza una buena estabilidad de la boquilla y una buena conducción térmica hacia el medio de refrigeración. La boquilla está colocada en un portaboquillas. El portaboquillas está compuesto por un material resistente a la corrosión, por ejemplo latón, y tiene por dentro un alojamiento de centrado para la boquilla así como una ranura para una goma de obturación, que obtura la cámara de descarga frente al medio de refrigeración. Además, en el portaboquillas se encuentran perforaciones desplazadas 180º para la admisión y retorno de medio de refrigeración. En el diámetro externo del portaboquillas se encuentran una ranura para una goma redonda para la obturación de la cámara de medio de refrigeración frente a la atmósfera así como una rosca y un alojamiento de centrado para un capuchón de boquilla. El capuchón de boquilla, igualmente de material resistente a la corrosión, por ejemplo latón, está configurado en ángulo agudo y tiene un espesor de pared dimensionado de manera conveniente para evacuar calor de radiación hacia el medio de refrigeración. El diámetro interno más pequeño está

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dotado de una junta tórica. Como medio de refrigeración se emplea, de la manera más sencilla, agua. Esta disposición posibilitará una fabricación sencilla de las boquillas con un ahorro en el uso de material y un cambio rápido de las mismas así como, por la forma de construcción en ángulo agudo, un giro de la antorcha de plasma con respecto a la pieza de trabajo y por tanto cortes oblicuos.

En el documento DE-OS 1 565 638 se describe una antorcha de plasma, preferiblemente para el corte por fusión con chorro de plasma de materiales y para la preparación de cantos de soldadura. La forma delgada del cabezal de la antorcha se consigue mediante el uso de una boquilla de corte en ángulo especialmente agudo, cuyo ángulo interno y externo son iguales entre sí y también iguales que el ángulo interno y externo del capuchón de boquilla. Entre el capuchón de boquilla y la boquilla de corte se forma una cámara de medio de refrigeración, en la que el capuchón de boquilla está dotado de un collar, que realiza una obturación metálica con la boquilla de corte, de modo que así se genera un intersticio anular uniforme como cámara de medio de refrigeración. El suministro y la evacuación del medio de refrigeración, en general agua, se produce mediante dos muescas dispuestas desplazadas 180º entre sí en el portaboquillas.

En el documento DE 25 25 939 se describe una antorcha de plasma por arco voltaico, en particular para cortar o soldar, en la que el portaelectrodos y el cuerpo de boquilla forman una unidad constructiva intercambiable. El suministro de medio de refrigeración externo se forma esencialmente por un capuchón de recubrimiento que abarca el cuerpo de boquilla. El medio de refrigeración fluye a través de canales al interior... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

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1. Boquilla (4) para una antorcha de plasma refrigerada por líquido, que comprende una perforación de boquilla (4.10) para la salida de un chorro de gas de plasma en una punta de boquilla (4.11) y un primer segmento (4.17) , cuya superficie externa (4.2) se estrecha en forma de cono hacia la punta de boquilla (4.11) formando un ángulo ï?¡, caracterizada por que sobre la superficie externa (4.2) está dispuesto al menos un segmento de desviación (4.21; 4.22; 4.23; 4.24) que se ensancha en forma de cono hacia la punta de boquilla (4.11) formando un respectivo ángulo ï?¢1, ï?¢2.

2. Boquilla (4) según la reivindicación 1, caracterizada por que el ángulo ï?¡ se encuentra en el intervalo de desde 20º hasta 120º .

3. Boquilla (4) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que el ángulo ï?¢1, ï?¢2 se encuentra en el intervalo de desde 20º hasta 120º .

4. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que están previstos varios segmentos de desviación (4.21, 4.22, 4.23, 4.24) y los segmentos de desviación (4.21, 4.22, 4.23, 4.24) se ensanchan en forma de cono formando el mismo ángulo ï?¢1 o ï?¢2 o por que están previstos varios segmentos de desviación (4.21, 4.22, 4.23, 4.24) y al menos dos de los segmentos de desviación (4.21, 4.22, 4.23, 4.24) se ensanchan en forma de cono formando diferentes ángulos ï?¢1, ï?¢2.

5. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los ángulos ï?¡ y ï?¢1 o ï?¢2 difieren respecto a su valor como máximo 30º o por que los ángulos ï?¡ y ï?¢1 o ï?¢2 son iguales respecto a su valor.

6. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que un ángulo ï?§, que se forma por la superficie externa (4.2) que se estrecha en forma de cono del primer segmento (4.17) y la superficie externa que se ensancha en forma de cono del o de un segmento de desviación (4.21; 4.22; 4.23; 4.24) , se encuentra entre 60º y 160º .

7. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que un ángulo ï?, que se forma por un canto anterior hacia la punta de boquilla (4.11) del o de un segmento de desviación (4.2, 4.22, ...) y el eje central (M) de la boquilla (4) , se encuentra entre 75º y 105º , en particular por que el ángulo ï? asciende a 90º .

8. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la longitud o las longitudes (a1, a2, ...) , que discurre o discurren en paralelo al eje central (M) de la boquilla (4) , de la o las zonas de desviación (4.21, 4.22) se encuentra o encuentran en el intervalo desde 1 hasta 3 mm, en particular porque las longitudes (a1, a2, ...) , que discurren en paralelo al eje central (M) de la boquilla (4) , de la o las zonas) de desviación (4.21, 4.22) son iguales.

9. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la longitud o las longitudes (b1, b2, ...) , que discurre o discurren en perpendicular al eje central (M) de la boquilla (4) , de la o las zonas de desviación (4.21, 4.22) se encuentra o encuentran en el intervalo desde 1 hasta 4 mm, en particular por que las longitudes (b1, b2, ...) , que discurren en perpendicular al eje central (M) de la boquilla (4) , de la o las zonas de desviación (4.21, 4.22) son iguales.

10. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la boquilla (4) presenta un segundo segmento con una superficie externa cilíndrica (4.1) para su alojamiento en un soporte de boquilla 40 (5) .

11. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la boquilla (4) presenta un tercer segmento con una superficie externa (4.3) esencialmente cilíndrica que se encuentra, con respecto al eje central (M) de la boquilla (4) , directamente delante de la perforación de boquilla (4.10) o por que la boquilla (4) presenta un tercer segmento con una superficie externa (4.3) esencialmente cilíndrica que se 45 encuentra, con respecto al eje central (M) de la boquilla (4) , al menos parcialmente enfrente de la perforación de boquilla (4.10) .

12. Boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cerca de la punta de boquilla (4.11) se encuentra una ranura (4.15) para una junta tórica (4.16) .

13. Disposición de una boquilla (4) según una de las reivindicaciones anteriores y un capuchón de boquilla (2) ,

formando el capuchón de boquilla (2) y la boquilla (4) una cámara de medio de refrigeración (10) , que está en comunicación fluídica con una alimentación de medio de refrigeración (WV) y un retorno de medio de refrigeración (WR) , y el capuchón de boquilla (2) al menos en la zona del primer segmento (4.17) de la boquilla (4) presenta una superficie interna (2.2) que se estrecha en forma de cono hacia la punta de boquilla (4.11) , en particular por que el área (F) de la corona circular (A10a) de la cámara de medio de 55 refrigeración (10) en dirección hacia la punta de boquilla (4.11) a lo largo del eje central (M) de la boquilla 11

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(4) en el al menos un segmento de desviación (4.21, 4.22, 4.23, 4.24) se reduce de 1, 5 a 8 veces más rápido que delante del al menos un segmento de desviación.

14. Disposición según la reivindicación 13, caracterizada por que el área (F) de la corona circular (A10a, A10b, ...) de la cámara de medio de refrigeración (10) en dirección a la punta de boquilla (4.11) a lo largo del eje central (M) de la boquilla (4) es directamente, detrás del al menos un segmento de desviación (4.21; 4.22; 4.23; 4.24) , de 1, 5 a 8 veces más grande que la superficie (F) más pequeña de la zona de desviación (10.1) .

15. Disposición según una de las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizada por que la corona circular (A10a, A10b, ...) de la cámara de medio de refrigeración (10) en dirección a la punta de boquilla (4.11) a lo largo del eje central (M) de la boquilla (4) salta directamente detrás del al menos un segmento de desviación (4.21; 4.22; 4.23; 4.24) al menos al valor que tiene directamente delante del segmento de desviación (4.21; 4.22; 4.23; 4.24) .

16. Disposición según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizada por que la alimentación de medio de refrigeración (WV) y el retorno de medio de refrigeración (WR) están dispuestos desplazados 180º entre sí.

17. Antorcha de plasma refrigerada por líquido con una alimentación de medio de refrigeración (WV) y un retorno de medio de refrigeración (WR) y con una disposición según una de las reivindicaciones 13 a 16, que en particular comprende, además de un suministro de gas de plasma, un suministro de gas secundario y un capuchón protector de boquilla (9) .