Un electrodo (300) para un soplete de arco de plasma (400) en comunicación eléctrica con una fuente dealimentación,

comprendiendo el electrodo:

un cuerpo de electrodo alargado (302) formado por un material eléctricamente conductor, definiendo el cuerpode electrodo un eje longitudinal;

caracterizado porque un elemento elástico (310) del electrodo está configurado o diseñado para transmitirsustancialmente toda una corriente de arco piloto entre la fuente de alimentación y el cuerpo de electrododurante un funcionamiento de arco piloto del soplete de arco de plasma.

Electrodo para un soplete de arco de plasma de arranque por contacto y soplete de arco de plasma de arranque por contacto que utiliza tales electrodos

Campo técnico

La invención se refiere en general a sopletes de arco de plasma y, más en particular, a electrodos y sopletes para aplicaciones de soplete de arco de plasma de arranque por contacto.

Antecedentes

Aparatos de procesamiento de materiales, tales como láseres y sopletes de arco de plasma, se utilizan ampliamente en el corte y marcado de materiales metálicos, conocidos como piezas de trabajo. Un soplete de arco de plasma incluye generalmente un cuerpo de soplete, un electrodo montado dentro del cuerpo, una boquilla con un orificio de salida central, conexiones eléctricas, conductos para fluidos de refrigeración y de control de arco, un anillo de turbulencia para controlar los patrones de flujo de fluido y una fuente de alimentación. Los gases utilizados en el soplete pueden ser no reactivos (por ejemplo, argón o nitrógeno) , o reactivos (por ejemplo, oxígeno o aire) . El soplete produce un arco de plasma, el cual es un chorro ionizado transferido de un gas de plasma de alta temperatura y gran cantidad de movimiento.

Un procedimiento para producir un arco de plasma en un soplete de arco de plasma es el procedimiento de arranque por contacto. El procedimiento de arranque por contacto implica establecer un contacto físico y una comunicación eléctrica entre el electrodo y la boquilla para crear una trayectoria de corriente entre los mismos. El electrodo y la boquilla pueden actuar conjuntamente para crear una cámara de plasma dentro del cuerpo de soplete. Se proporciona corriente eléctrica al electrodo y a la boquilla, y se introduce gas en la cámara de plasma. La presión de gas se acumula hasta que hay suficiente presión para separar el electrodo y la boquilla. La separación provoca que se forme un arco entre el electrodo y la boquilla en la cámara de plasma. El arco ioniza el gas introducido para producir un chorro de plasma que puede transferirse a la pieza de trabajo para el procesamiento del material. En algunas aplicaciones, la fuente de alimentación está adaptada para proporcionar una primera corriente eléctrica, conocida como corriente piloto, durante la generación del arco y una segunda corriente, conocida como corriente de arco transferido, cuando el chorro de plasma se ha transferido a la pieza de trabajo.

Varias configuraciones son posibles para generar el arco. Por ejemplo, el electrodo puede moverse dentro del cuerpo de soplete alejándose de la boquilla estacionaria. Esta configuración se denomina como el procedimiento de arranque por contacto de “retroceso” ya que la presión de gas hace que el electrodo se aleje de la pieza de trabajo. En otra configuración, la boquilla puede alejarse de un electrodo relativamente estacionario. Esta configuración se denomina como el procedimiento de arranque por contacto de “avance” ya que la presión de gas hace que la boquilla se acerque a la pieza de trabajo. En otra configuración adicional, otros componentes del soplete (por ejemplo, el anillo de turbulencia) puede moverse entre el electrodo estacionario y la boquilla.

Determinados componentes del aparato de procesamiento de materiales se deterioran en el tiempo debido al uso. Estos componentes “consumibles” incluyen, en el caso de un soplete de arco de plasma, el electrodo, el anillo de turbulencia, la boquilla y un blindaje. Además, en el proceso de poner en marcha el soplete utilizando el procedimiento de arranque por contacto, varios componentes consumibles pueden desalinearse, lo que reduce la vida útil de los componentes así como la precisión y la repetibilidad de la ubicación del chorro de plasma. De manera ideal, estos componentes pueden sustituirse fácilmente in situ. Sin embargo, la sustitución de los componentes consumibles puede dar como resultado tiempos de inactividad y una productividad reducida.

En el procedimiento de arranque por contacto de retroceso de un soplete de arco de plasma, el electrodo se aleja de la boquilla para generar un arco piloto entre el electrodo y la boquilla. Un extremo proximal del electrodo (por ejemplo, remoto a la pieza de trabajo) se acopla a un contacto eléctrico que forma parte del cuerpo del soplete. El alejamiento del electrodo con respecto a la boquilla también mueve el contacto eléctrico. El uso repetido del soplete da como resultado que se desgaste tanto el contacto eléctrico como el electrodo. La sustitución del electrodo es habitual en el funcionamiento del soplete de arco de plasma y el proceso se lleva a cabo de manera rutinaria. Sin embargo, sustituir el contacto eléctrico requiere desensamblar el cuerpo del soplete y puede ser un proceso lento y caro ya que el contacto eléctrico no está diseñado para ser un componente consumible. Algunos sopletes de retroceso requieren mover el contacto eléctrico con respecto al cuerpo de soplete relativamente estacionario. El movimiento de tal contacto eléctrico y la eficacia del soplete pueden verse afectados por la dureza o rigidez del cable de potencia que conecta el contacto eléctrico a la fuente de alimentación.

Por ejemplo, la FIG. 1 es una sección transversal de un soplete de arco de plasma de arranque por contacto conocido. El sistema 100 incluye una fuente de alimentación (no mostrada) en comunicación eléctrica a través de un cable de conducción de corriente 104 con un contacto eléctrico 108 que proporciona corriente al soplete 112. El soplete 112 incluye un bloque de cátodo 116 aislado eléctricamente de y que rodea al contacto eléctrico 108. El contacto eléctrico 108 es contiguo a un extremo proximal 120 de un electrodo eléctricamente conductor 124. Un resorte 128 dispuesto dentro del bloque de cátodo 116 reacciona contra una superficie 132 del bloque de cátodo 116 para empujar el contacto eléctrico 108 y el electrodo 124 hacia una boquilla eléctricamente conductora 136. El electrodo 124 se empuja hasta hacer contacto con la boquilla 136 mediante el resorte antes de la generación de un arco para el procesamiento de una pieza de trabajo (no mostrada) .

Se establece una trayectoria de corriente desde el cable 104 hasta el contacto eléctrico 108, el electrodo 124 y la boquilla 136. Puede transmitirse una corriente eléctrica a lo largo de la trayectoria de corriente. El electrodo 124 actúa conjuntamente con la boquilla 136 para formar una parte de una cámara de plasma 140. Puede suministrarse un gas de plasma a la cámara de plasma 140 para aumentar la presión dentro de la cámara de plasma 140 y vencer la fuerza ejercida por el resorte 128. La presión empuja el electrodo 124 y el contacto eléctrico 108 alejándolos de la boquilla 136. Se genera una diferencia de potencial entre el electrodo 124 (por ejemplo, el cátodo) y la boquilla 136 (por ejemplo, el ánodo) a medida que aumenta el hueco 144 entre el electrodo 124 y la boquilla

136. Un arco (no mostrado) ioniza las partículas de gas y se genera a través del hueco 144 para el procesamiento de piezas de trabajo.

Una desventaja del sistema 100 es que se requiere que el contacto eléctrico 108 se mueva cuando el electrodo 124 se mueve para generar un arco. A medida que aumenta la capacidad de conducción de corriente del cable 104, el tamaño del cable 104 aumenta, pero la flexibilidad del cable 104 disminuye. La menor flexibilidad del cable 104 reduce la versatilidad y maniobrabilidad del soplete 112. Además, el contacto eléctrico 108 y el bloque de cátodo 116 requieren tolerancias relativamente ajustadas (por ejemplo, con un huelgo relativamente pequeño entre el contacto eléctrico 108 y el bloque de cátodo 116) . Las tolerancias relativamente ajustadas colocan y guían el contacto eléctrico 108 durante el movimiento del contacto eléctrico 108, por ejemplo durante la generación de un arco piloto.

El documento US 3210586 describe un electrodo que se utiliza en la generación de plasma, el cual está unido a un resorte helicoidal mediante un collar. Un buen conductor de electricidad está fijado al collar, de manera que no es necesario que el resorte transmita toda la potencia.

Sumario

Existe la necesidad de utilizar un electrodo en un soplete de arco de plasma de arranque por contacto que optimice el funcionamiento del soplete sin que falle prematuramente. Además, existe la necesidad de un soplete de arranque por contacto que utilice los conceptos de este documento para maximizar la vida útil de los componentes en los diseños de soplete actuales. Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar... [Seguir leyendo]

1. Un electrodo (300) para un soplete de arco de plasma (400) en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación, comprendiendo el electrodo:

un cuerpo de electrodo alargado (302) formado por un material eléctricamente conductor, definiendo el cuerpo de electrodo un eje longitudinal;

caracterizado porque un elemento elástico (310) del electrodo está configurado o diseñado para transmitir sustancialmente toda una corriente de arco piloto entre la fuente de alimentación y el cuerpo de electrodo durante un funcionamiento de arco piloto del soplete de arco de plasma.

2. El electrodo según la reivindicación 1, en el que:

el cuerpo de electrodo comprende además una superficie de reacción dispuesta en una relación espaciada con respecto a un extremo proximal (308) del cuerpo de electrodo que está situado de manera remota con respecto a una pieza de trabajo y configurado para una comunicación eléctrica con el elemento elástico eléctricamente conductor,

en el que opcionalmente la superficie de reacción comprende un reborde que se extiende radialmente (312) formado de manera solidaria con el cuerpo de electrodo.

3. El electrodo según la reivindicación 1, en el que el elemento elástico está fijado con respecto al cuerpo de electrodo, en el que opcionalmente el elemento elástico está fijado mediante un ajuste prensado diametral.

4. El electrodo según la reivindicación 1, en el que el elemento elástico está dispuesto de manera adyacente a un extremo distal (304) del cuerpo de electrodo, incluyendo el extremo distal un elemento emisor.

5. El electrodo según la reivindicación 1, en el que el elemento elástico está formado de manera solidaria con el cuerpo de electrodo.

6. El electrodo según la reivindicación 1, en el que el electrodo comprende además un cuerpo hueco para mantener el elemento elástico y alojar de manera deslizante el cuerpo de electrodo, en el que opcionalmente el cuerpo hueco es un anillo de turbulencia.

7. Un elemento de contacto (316) para conducir corriente entre una fuente de alimentación y el cuerpo de electrodo

(302) de un electrodo según la reivindicación 1, montado de manera deslizante dentro de un cuerpo de soplete

(402) de un soplete de arco de plasma de arranque por contacto (400) ,

caracterizado porque el elemento de contacto comprende:

un elemento elástico eléctricamente conductor (310) dispuesto de manera adyacente al cuerpo de electrodo (302) ;

una primera superficie (318) para facilitar la comunicación eléctrica con la fuente de alimentación;

una segunda superficie (320) configurada para la comunicación eléctrica con una superficie de contacto (322) definida por un extremo proximal (306) del cuerpo de electrodo (302) ,

en el que cuando el cuerpo de electrodo está en contacto físico con la segunda superficie, al menos una parte de una corriente de arco transferido pasa a través del elemento de contacto y entre la fuente de alimentación y el cuerpo de electrodo para hacer funcionar el soplete en un modo de arco transferido;

y en el que el elemento elástico eléctricamente conductor dispuesto de manera adyacente al cuerpo de electrodo es para transmitir sustancialmente toda una corriente de arco piloto desde la fuente de alimentación al cuerpo de electrodo durante un funcionamiento de arco piloto de un soplete de arco de plasma.

8. El elemento de contacto según la reivindicación 7, en el que el elemento de contacto comprende además un elemento conector (328) que se extiende desde la segunda superficie para acoplarse de manera deslizante al cuerpo de electrodo,

en el que opcionalmente

(i) el elemento conector está formado de manera solidaria con la segunda superficie, o

(ii) el elemento conector comprende además una tercera superficie configurada para transmitir una parte de la corriente de arco transferido entre la fuente de alimentación y el cuerpo de electrodo cuando el soplete se

hace funcionar en el modo de arco transferido.

9. El elemento de contacto según la reivindicación 7, en el que el elemento de contacto comprende además una parte de receptáculo para rodear una parte de un extremo proximal del cuerpo de electrodo; en el que opcionalmente el elemento elástico está dispuesto dentro de la parte de receptáculo.

10. El elemento de contacto según la reivindicación 7, en el que al menos una de la primera superficie o la segunda superficie define una superficie anular.

11. El elemento de contacto según la reivindicación 7, en el que el elemento de contacto comprende además una tercera superficie para la comunicación eléctrica con la fuente de alimentación y para transmitir una parte de una corriente de arco transferido entre la fuente de alimentación y el cuerpo de electrodo cuando el soplete se hace funcionar en un modo de arco transferido.

12. El elemento de contacto según la reivindicación 7, en el que el elemento de contacto comprende además una parte de alineación (330) que define un eje, estado dispuesta la parte de alineación en una relación espaciada con un extremo proximal del cuerpo de electrodo y estando configurada para limitar el movimiento radial del cuerpo de electrodo.

13. Un soplete de arco de plasma (400) , que comprende:

una fuente de alimentación para proporcionar corriente al soplete;

una cámara de plasma (410) definida por una boquilla (408) y el cuerpo de electrodo eléctricamente conductor

(302) de un electrodo según la reivindicación 1, montado de manera deslizante dentro del soplete a lo largo de un eje definido por un extremo proximal (306) del cuerpo de electrodo y un extremo distal (304) del cuerpo de electrodo, definiendo el extremo proximal una superficie de contacto (322) y estando dispuesto el extremo distal de manera adyacente a un orificio de salida (412) de la boquilla;

un contacto eléctrico (406) dispuesto en una posición estacionaria con respecto a la cámara de plasma, estando el contacto eléctrico en comunicación eléctrica con la fuente de alimentación, caracterizado porque el soplete comprende

un elemento conductor elástico (310) dispuesto de manera adyacente al cuerpo de electrodo (302) ;

en el que el elemento conductor elástico (310) sirve para transmitir sustancialmente toda una corriente de arco piloto entre el contacto eléctrico y la superficie de contacto del cuerpo de electrodo durante el funcionamiento de arco piloto del soplete de arco de plasma;

y en el que o bien:

(a) el soplete comprende además un elemento de contacto (316) que incluye una primera superficie (318) para una comunicación eléctrica con una superficie de contacto correspondiente del cuerpo de electrodo y una segunda superficie (320) en contacto físico con el contacto eléctrico para transmitir sustancialmente toda una corriente de arco transferido entre la fuente de alimentación y el cuerpo de electrodo durante el modo de arco transferido; o bien

(b) el elemento conductor elástico empuja el cuerpo de electrodo hacia la boquilla.

14. El soplete según la opción (a) de la reivindicación 13, en el que:

a) el elemento conductor elástico empuja el cuerpo de electrodo hacia la boquilla; o

b) el sistema de soplete comprende además un segundo elemento elástico para empujar el cuerpo de electrodo hacia la boquilla; o

c) el elemento de contacto está dispuesto en una posición estacionaria con respecto al cuerpo de electrodo; o

d) el elemento de contacto está formado de manera solidaria con el contacto eléctrico; o

e) el sistema de soplete comprende además: un blindaje (414) que define un puerto de salida (420) situado de manera adyacente a un orificio de salida de la boquilla, estando montado el blindaje en un capuchón de retención (416) apoyado sobre un cuerpo de soplete (402) del soplete de arco de plasma; o

f) el sistema de soplete comprende además: un anillo de turbulencia (422) que imparte un movimiento radial a un gas que fluye a través del soplete.

15. El soplete de arco de plasma según la opción (b) de la reivindicación 13, en el que el contacto eléctrico incluye una primera superficie para facilitar el contacto físico y la comunicación eléctrica con una segunda superficie de contacto correspondiente del cuerpo de electrodo cuando el soplete se hace funcionar en un modo de arco transferido, en el que la primera superficie del contacto eléctrico está caracterizada por la ausencia de contacto con la segunda superficie de contacto correspondiente del cuerpo de electrodo durante la generación de un arco piloto.

16. Un componente de soplete de plasma para alojar de manera deslizante un electrodo (1204) , comprendiendo el componente:

un cuerpo hueco alargado (1208) que presenta un primer extremo y un segundo extremo, comprendiendo el cuerpo de hueco:

una superficie interior (1240) ,

uno o más de un contorno, escalón o reborde (1272) situados en la superficie interior y dispuestos entre el primer extremo y el segundo extremo del cuerpo hueco, definiendo el uno o más del contorno, escalón o reborde una abertura conformada adaptada para alojar de manera deslizante una parte conformada de manera complementaria del electrodo,

una primera abertura en el primer extremo del cuerpo hueco dimensionada para alojar un elemento de contacto eléctrico según la reivindicación 7, y

una segunda abertura en el segundo extremo del cuerpo hueco dimensionada para alojar de manera deslizante al electrodo;

caracterizado porque el componente comprende además un elemento elástico eléctricamente conductor (1212) para transmitir sustancialmente toda una corriente de arco piloto, estando dispuesto el elemento elástico dentro del cuerpo hueco de manera que el elemento elástico está al menos parcialmente mantenido dentro del cuerpo hueco mediante el uno o más de un contorno, escalón o reborde, y

en el que el elemento elástico se alinea con la primera abertura.

17. El componente de soplete de plasma según la reivindicación 16, en el que:

a) el cuerpo hueco comprende además una pluralidad de orificios (1252) adyacentes a la segunda abertura del cuerpo hueco para impartir un flujo en remolino a un gas; o

b) el componente de soplete de plasma comprende además un elemento de contacto dispuesto en el primer extremo del cuerpo hueco, en el que el elemento de contacto mantiene al elemento elástico dentro del cuerpo hueco y facilita el acoplamiento eléctrico entre el elemento elástico y una fuente de alimentación.