Soplete de arco de plasma de modo dual.
Un conjunto de soplete de arco de plasma, que comprende:
un soplete de arco de plasma (12);
un electrodo (38);
una punta (40);
un cartucho de inicio de contacto (42);
en el que cuando el soplete de arco de plasma (12) funciona en un modo de inicio de contacto, el cartucho deinicio de contacto (42) está dispuesto de forma reemplazable en un espacio entre el electrodo (38) y la punta(40), un iniciador (50) del cartucho de inicio de contacto (42) es empujado elásticamente para que entre encontacto con la punta (40) y es se puede mover para separarse de la punta (40) para establecer un arco pilotoentre el iniciador (50) y la punta (40); caracterizado porque también comprende
un cartucho de inicio de alta frecuencia (200);
en el que cuando el soplete de arco de plasma (12) funciona en un modo de inicio de alta frecuencia, elcartucho de inicio de alta frecuencia (200) está dispuesto entre el espacio entre el electrodo (38) y la punta (40)y separa la punta (40) del electrodo (38) para proporcionar aislamiento dieléctrico a través del cartucho de iniciode alta frecuencia (200), de tal manera que se establece un arco piloto entre un extremo distal del electrodo (38)y un extremo distal de la punta (40).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2003/005759.
Solicitante: THERMAL DYNAMICS CORPORATION.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: INDUSTRIAL PARK NO. 2 WEST LEBANON, NEW HAMPSHIRE 037 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: HORNER-RICHARDSON, KEVIN, D., HEWETT,ROGER W, JONES,JOSEPH P, CHEN,SHIYU, ROGERS,FRED.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F23D1/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION. › F23D QUEMADORES. › Quemadores de combustibles pulverulentos.
- H05H1/34 ELECTRICIDAD. › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › H05H 1/00 Producción del plasma; Manipulación del plasma (aplicación de la técnica del plasma a reactores de fusión termonuclear G21B 1/00). › Detalles, p. ej. electrodos, toberas.
PDF original: ES-2420512_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Soplete de arco de plasma de modo dual
La presente invención se refiere en general a sopletes de arco de plasma, y más particularmente, a dispositivos y procedimientos para iniciar un arco piloto en un soplete de arco de plasma.
Los sopletes de arco de plasma, conocidos también como sopletes de arco eléctrico, se utilizan comúnmente para cortar, marcar, ranurar y soldar de piezas de trabajo de metal dirigiendo una corriente de plasma de alta energía que consiste en partículas de gas ionizadas hacia la pieza de trabajo. En un soplete de arco de plasma típico, el gas a ionizar se suministra en un extremo distal del soplete y fluye más allá de un electrodo antes de salir a través de un orificio en la punta, o boquilla, del soplete de arco de plasma. El electrodo tiene un potencial relativamente negativo y funciona como un cátodo. Por el contrario, la punta del soplete tiene un potencial relativamente positivo y funciona como un ánodo. Además, el electrodo está en una relación separada con la punta, creando de ese modo un hueco en el extremo distal del soplete. En funcionamiento, se crea un arco piloto en el hueco entre el electrodo y la punta, que calienta y posteriormente ioniza el gas. El gas ionizado se sopla entonces fuera del soplete y aparece como una corriente de plasma que se extiende distalmente fuera de la punta. A medida que el extremo distal del soplete se mueve a una posición cerca de la pieza de trabajo, el arco salta o se transfiere desde la punta del soplete a la pieza de trabajo debido a que la impedancia de la pieza de trabajo a tierra es menor que la impedancia de la punta del soplete a tierra. En consecuencia, la pieza de trabajo sirve como ánodo, y el soplete de arco de plasma se utiliza en un modo de "arco transferido".
Uno de los dos procedimientos se utiliza normalmente para iniciar el arco piloto entre el electrodo y la punta. En el primer procedimiento, comúnmente designado como un inicio de "alta frecuencia" o de "alta tensión", un alto potencial se aplica a través del electrodo y la punta suficiente para crear un arco en el hueco entre el electrodo y la punta. En consecuencia, el primer procedimiento también se conoce como inicio "sin contacto", ya que el electrodo y la punta no hacen contacto físico para generar el arco piloto. En el segundo procedimiento, comúnmente conocido como un "inicio en contacto", el electrodo y la punta se ponen en contacto y se separan gradualmente, estableciendo un arco entre el electrodo y la punta. El procedimiento de inicio en contacto, por lo tanto, permite iniciar un arco a potenciales mucho más bajos, ya que la distancia entre el electrodo y la punta es mucho más pequeña.
Los sopletes de arco de plasma, incluyendo los componentes de consumo, por ejemplo, electrodos, puntas, están diseñados para un inicio de contacto o un modo de inicio de alta frecuencia. De acuerdo con al menos un soplete de arco de plasma y un conjunto específico de consumibles, se utilizan con una fuente de alimentación de alta frecuencia, y por lo menos un soplete de arco de plasma adicional y un conjunto adicional de consumibles se utilizan con una fuente de alimentación de baja tensión (inicio de contacto) . Como resultado, para un operador que utiliza fuentes de alimentación de alta frecuencia y de baja tensión, una pluralidad de sopletes de arco de plasma y consumibles correspondientes deben ser comprados y mantenidos en inventario para las operaciones continuas.
El documento US-A-5994663, sobre la cual se basa el preámbulo de la reivindicación 1, divulga un soplete de arco de plasma que tiene una estructura de difusor con un anillo trasero, un anillo central y un anillo delantero. El difusor funciona para introducir un gas de plasma en una cámara de plasma para un soplete de inicio de contacto. El anillo central es conductor y es accionado para entrar en contacto con el electrodo, de manera que sea desplazable para separarse del electrodo y establecer un arco piloto entre el centrado y el electrodo.
En consecuencia, sigue existiendo la necesidad en la técnica de reducir el número de sopletes, piezas y consumibles necesarios para el funcionamiento con una fuente de alimentación de alta frecuencia y de baja tensión. Existe una necesidad adicional de aumentar la eficiencia de trabajo con una fuente de alimentación de alta frecuencia y de baja tensión.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un soplete de arco de plasma de acuerdo con la reivindicación 1.
La presente invención proporciona además un soplete de inicio de contacto de acuerdo con la reivindicación 12.
La presente invención proporciona además un procedimiento de operación de un soplete de arco de plasma de acuerdo con la reivindicación 15.
La presente invención tiene las ventajas que proporciona un soplete de arco de plasma que puede funcionar, con una fuente de alimentación de frecuencia alta o de baja tensión, de tal manera que el soplete es capaz de un inicio de alta frecuencia o un inicio de contacto, lo que resulta en un soplete de modo dual.
Con el fin de que la invención pueda ser bien comprendida, ahora se describirá una realización de la misma, dada a modo de ejemplo, haciéndose referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato de arco de plasma accionado manualmente de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 2 es una vista lateral de un cabezal de soplete dispuesto dentro de un soplete de arco de plasma y construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 3 es una vista en perspectiva de un cabezal de soplete construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 4 es una vista en perspectiva en despiece de un cabezal de soplete y componentes consumibles construidos de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 5 es una vista en sección transversal de un cabezal de soplete y componentes consumibles construidos de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 6 es una vista en planta de un extremo distal de un cabezal de soplete construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 7A es una vista en sección transversal de un cabezal de soplete en un modo inactivo y construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 7B es una vista en sección transversal de un cabezal de soplete en un modo piloto y construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 8 es una vista en sección transversal de un cabezal de soplete que comprende un cartucho de inicio para un modo de inicio de alta frecuencia y construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 9 es una vista en perspectiva superior de un cartucho de inicio de alta frecuencia construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 10 es una vista en perspectiva inferior del cartucho de inicio de alta frecuencia de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 11 es una vista en planta del cartucho de inicio de alta frecuencia de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 12 es una vista en sección transversal, tomada a lo largo de la línea A-A de la figura 11, del cartucho de inicio de alta frecuencia de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 13A es una vista en sección transversal de un cabezal de soplete que comprende un electrodo que define ranuras axiales y una segunda forma de realización de un cartucho de inicio para un modo de inicio de alta frecuencia y construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 13B es un vista en sección transversal de un cabezal de soplete que comprende un electrodo que define ranuras en espiral y la segunda realización de un cartucho de inicio para un modo de inicio de alta frecuencia de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 14 es una vista en sección transversal de un soplete de arco de plasma de inicio de contacto de la técnica anterior;
La figura 15 es una vista en sección transversal de un soplete de arco de plasma de inicio de contacto modificado con una separación dieléctrica adicional y construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
La figura 16 es una vista en sección transversal de un soplete de arco de plasma de inicio de alta frecuencia de la técnica anterior; y
La figura 17 es una vista en sección transversal de un soplete de plasma de arco de alta frecuencia adaptado con un tercer elemento y construido de acuerdo con los principios... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un conjunto de soplete de arco de plasma, que comprende:
un soplete de arco de plasma (12) ; un electrodo (38) ; una punta (40) ; un cartucho de inicio de contacto (42) ; en el que cuando el soplete de arco de plasma (12) funciona en un modo de inicio de contacto, el cartucho de inicio de contacto (42) está dispuesto de forma reemplazable en un espacio entre el electrodo (38) y la punta (40) , un iniciador (50) del cartucho de inicio de contacto (42) es empujado elásticamente para que entre en contacto con la punta (40) y es se puede mover para separarse de la punta (40) para establecer un arco piloto entre el iniciador (50) y la punta (40) ; caracterizado porque también comprende un cartucho de inicio de alta frecuencia (200) ; en el que cuando el soplete de arco de plasma (12) funciona en un modo de inicio de alta frecuencia, el cartucho de inicio de alta frecuencia (200) está dispuesto entre el espacio entre el electrodo (38) y la punta (40) y separa la punta (40) del electrodo (38) para proporcionar aislamiento dieléctrico a través del cartucho de inicio de alta frecuencia (200) , de tal manera que se establece un arco piloto entre un extremo distal del electrodo (38) y un extremo distal de la punta (40) .
2. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cartucho de inicio de contacto (42) también comprende:
un conjunto de cartucho (55) ; un elemento de empuje (52) dispuesto dentro del conjunto de cartucho (55) ; y el iniciador (50) dispuesto adyacente al elemento de empuje (52) y dentro del conjunto de cartucho (55) , en el que el elemento de empuje (52) empuja el iniciador (50) para que entre en contacto con la punta (40) .
3. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el conjunto de cartucho
(55) también comprende un cuerpo del cartucho (54) y un asiento de la punta (56) fijado a una porción distal del cuerpo del cartucho (54) .
4. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que el elemento de empuje es un muelle helicoidal (52) .
5. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cartucho de inicio de alta frecuencia (200) también comprende; una pluralidad de orificios de ventilación (216) que proporcionan un flujo de gas para enfriar el electrodo (38) .
6. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con la reivindicación 5, en el que los orificios de ventilación
(216) también comprenden orificios de ventilación exteriores (216a) y orificios de ventilación interiores (216b) , de tal manera que una velocidad del gas se incrementa a medida que el gas fluye desde los orificios de ventilación exteriores (216a) a los orificios de ventilación interiores (216b) .
7. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que los orificios de ventilación (216) están desplazados desde un centro del cartucho de inicio de alta frecuencia (200) .
8. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que el cartucho de inicio de alta frecuencia (200) también comprende una pluralidad de pasos de ventilación (212) en comunicación con los orificios de ventilación (216) para ventilar el gas desde el interior del cartucho de inicio de alta frecuencia (200) .
9. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o 6 a 8, en el que el cartucho de inicio de alta frecuencia (200) también comprende un collar interno (208) para aislar una cámara de ventilación (210) de una cámara de plasma (104) .
10. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o 6 a 9, en el que el cartucho de inicio de contacto (42) también comprende:
un cuerpo del cartucho (54) que define un extremo distal; y un asiento de la punta (56) fijado al extremo distal del cuerpo del cartucho (54) , en el que el cuerpo del cartucho (54) está en contacto eléctrico con el electrodo (38) y el asiento de la punta (56) aísla el cuerpo del cartucho (54) de la punta (40) .
11. Un conjunto de soplete de arco de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o 6 a 9, en el que el cartucho de inicio (200) también comprende:
un cuerpo del cartucho (54) ; y
un asiento de la punta (56) fijado a un extremo distal del cuerpo del cartucho (54) , en el que el asiento de la punta (56) está en contacto eléctrico con la punta (40) y el cuerpo del cartucho (54) aísla el asiento de la punta (56) del electrodo (38) .
12. Un soplete de inicio de contacto modificado para funcionar con una fuente de alimentación de alta frecuencia, que comprende:
un cabezal del soplete (20) , un electrodo (38) , conectado eléctricamente a un cátodo (32) dentro del cabezal del soplete (20) ; una punta (40) conectada eléctricamente a un ánodo (54) dentro del cabezal del soplete (20) , estando la punta
(40) separada del electrodo (38) para definir un espacio entre los mismos; caracterizado porque una separación dieléctrica está dispuesta entre al menos un componente anódico y al menos un componente catódico dentro del soplete de inicio de contacto, en el que la separación dieléctrica está dimensionada para proporcionar un aislamiento dieléctrico a través del espacio, de tal manera que se establece un arco piloto entre un extremo distal del electrodo (38) y un extremo distal de la punta (40) cuando el soplete de inicio de contacto funciona bajo alta frecuencia.
13. Un soplete de inicio de contacto de acuerdo con la reivindicación 12, en el que al menos uno del electrodo (38) y de la punta (40) son desplazables entre sí para iniciar un arco piloto entre el electrodo (38) y la punta (40) cuando el soplete de inicio de contacto funciona en un modo de inicio de contacto.
14. Un soplete de inicio de contacto de acuerdo con la reivindicación 12, que también comprende un elemento móvil
(50) dispuesto entre el electrodo (38) y la punta (40) que se mueve para crear un arco piloto entre el elemento móvil
(50) y uno del electrodo (38) y de la punta (40) .
15. Un procedimiento de funcionamiento de un soplete de arco de plasma en uno de un modo de inicio de contacto y de un modo de inicio de alta frecuencia, comprendiendo el procedimiento la etapa de:
disponer un cartucho de inicio de contacto (42) que comprende un iniciador (50) entre un electrodo (38) y una punta (40) cuando el soplete de arco de plasma está en el modo de inicio de contacto; empujar el iniciador (50) para que entre en contacto con la punta (40) ; proporcionar una fuente de gas y de energía eléctrica; y dirigir al menos una porción del gas para superar el empuje para separar el iniciador (50) de la punta (40) , en el que el arco piloto se crea entre el iniciador (50) y la punta (40) al superar el empuje cuando el soplete de arco de plasma está en el modo de inicio de contacto, y disponer un cartucho de inicio de alta frecuencia (200) entre un electrodo (38) y una punta (40) cuando el soplete de arco de plasma está en el modo de inicio de alta frecuencia, en el que el arco piloto se crea entre un extremo distal del electrodo (38) y un extremo distal de la punta (40) cuando el cartucho de inicio de alta frecuencia (200) separa el electrodo (38) de la punta (40) y proporciona aislamiento dieléctrico a través del cartucho de inicio de alta frecuencia (200) en el modo de inicio de alta frecuencia.
16. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que también comprende la etapa de ventilación de al menos una porción del gas utilizado para superar el empuje a través del cartucho de inicio de contacto (42) cuando el soplete de arco de plasma está en el modo de inicio de contacto.
17. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, que también comprende la etapa de ventilar el gas desde el cartucho de inicio de alta frecuencia (200) a través de los orificios de ventilación (216) del cabezal en un cabezal del soplete (20) .
18. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que también comprende la etapa de ventilación de una porción del gas a través del cartucho de inicio de alta frecuencia (200) durante el funcionamiento para enfriar un electrodo (38) dispuesto dentro del soplete de arco de plasma.
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