BRPI1016021B1 - tubos de resfriamento, suportes de eletrodo e eletrodo para uma tocha de plasma de arco, disposições formadas pelos mesmos e tocha de plasma de arco com os mesmos - Google Patents
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Abstract
tubos de resfriamento, suportes de eletrodo e eletrodo para uma tocha de plasma de arco, disposições formadas pelos mesmos e tocha de plasma de arco com os mesmos. a invenção refere-se a um tubo de resfriamento (1 o) para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado (10.13) com uma extremidade (10.17) que pode ser disposta na extremidade aberta (7.12) de um eletrodo (7), e um duto de refrigerante (10.15) que se estende através deste, caracterizado pelo fato de na dita extremidade haver um espessamento (10.18) semelhante a uma protuberância da parede do tubo de resfriamento (10) apontando para dentro e/ou para fora, e a uma disposição de um tubo de resfriamento (10) para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado (10.13) com uma extremidade traseira (10.14) que pode ser conectada de forma desmontável a um suporte de eletrodo (6) de uma tocha de plasma de arco, e um duto de refrigerante (10.15) que se estende através deste, e a um suporte de eletrodo para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado (10.13) com uma extremidade para receber um eletrodo e um interior oco ( 6.14 ), e caracterizado pelo fato de na superfície externa do tubo de resfriamento (1 o) ser provida pelo menos uma projeção para centralizar o tubo de resfriamento (10) no suporte de eletrodo (6).
Description
TUBOS DE RESFRIAMENTO, SUPORTES DE ELETRODO E ELETRODO PARA UMA TOCHA DE PLASMA DE ARCO, DISPOSIÇÕES FORMADAS PELOS MESMOS E TOCHA DE PLASMA DE ARCO COM OS MESMOS.
A presente invenção refere-se a tubos de resfriamento, suportes de eletrodo e eletrodos para uma tocha de plasma de arco, e também disposições destes e uma tocha de plasma de arco com os mesmos.
Plasma é um termo utilizado para um gás eletricamente condutor consistindo em íons positivos e negativos, elétrons e átomos neutros excitados e moléculas, que é aquecido termicamente para uma alta temperatura.
Vários gases são utilizados como gases de plasma, tais como argônio monoatômico e/ou gases diatômicos tais como hidrogênio, nitrogênio, oxigênio ou ar. Estes gases são ionizados e dissociados pela energia de um arco elétrico. O arco elétrico é restrito por um bocal e é então chamado de jato de plasma.
Os parâmetros do jato de plasma podem ser influenciados pesadamente pelo desenho do bocal e do eletrodo. Estes parâmetros do jato de plasma são, por exemplo, o diâmetro do jato, a temperatura, a densidade de energia e a taxa de fluxo do gás.
No corte por plasma, por exemplo, o plasma é restrito por um bocal, que pode ser resfriado por gás ou água. Desta maneira, densidades de energia de até 2x106 W/cm2 podem ser obtidas. Temperaturas de até 30000°C ocorrem no jato de jato de plasma, que, em combinação com a alta taxa de fluxo do gás, possibilita se obter velocidades de corte muito altas nos materiais.
Tendo em vista o estresse térmico alto no bocal, este é feito usualmente de um material metálico, preferivelmente cobre, por causa de sua alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica. O mesmo é verdadeiro para o eletrodo, embora este possa também ser feito de prata. O bocal é então inserido em uma tocha de plasma de arco, chamada abreviadamente de uma tocha de plasma for short, os principais elementos da qual são um cabeçote de tocha de plasma, uma capa de bocal, um membro condutor de gás de plasma, um bocal, um suporte de bocal, um eletrodo com uma inserção para eletrodo e, em tochas de plasma modernas, um suporte para uma capa de proteção do
2/15 bocal, e uma capa de proteção do bocal. No interior do eletrodo, há, por exemplo, uma inserção pontuda de eletrodo feita de tungstênio, que é adequada quando gases não oxidantes são utilizados como gás de plasma, tal como uma mistura de argônio e hidrogênio. Um eletrodo de ponta chata, a inserção de eletrodo do qual é feita de háfnio, é também adequado quando gases oxidantes são utilizados como gás de plasma, tais como ar ou oxigênio.
De maneira a se obter um longo tempo de vida útil para o bocal e o eletrodo, o bocal é freqüentemente resfriado com um fluido, tal como água, embora possa ser também resfriado com um gás.
Por esta razão, é feita uma distinção entre tochas de plasma resfriadas por gás e resfriadas por líquido.
No estado da técnica, o eletrodo é feito de um material com boa condutividade elétrica e boa condutividade termina, por exemplo, cobre e prata ou suas ligas, e uma inserção de eletrodo consistindo em um material resistente a temperatura, por exemplo, tungstênio, zircônio ou háfnio. Para gases de plasma contendo oxigênio, pode ser utilizado zircônio. Tendo em vista suas propriedades térmicas melhores, o háfnio é, no entanto, mais adequado, uma vez que seu óxido é mais resistente à temperatura.
De maneira a se obter um longo tempo de vida útil para o eletrodo, é introduzido material refratário no suporte como uma inserção de emissão, a qual é então resfriada. A forma mais efetiva para o resfriamento é o resfriamento pro líquido.
Na tocha de plasma, a disposição com um eletrodo é oca em seu interior e com um tubo de resfriamento em seu interior é conhecida. No documento DD 87 361, por exemplo, água flui através do interior do tubo de resfriamento, flui para o fundo do eletrodo e então flui de volta entre a superfície interna do eletrodo e a superfície externa do tubo de resfriamento.
O eletrodo freqüentemente apresenta uma região cônica ou cilíndrica que se estende para dentro, com o tubo de resfriamento se projetando além desta. O refrigerante flui em torno desta região e com o objetivo de assegurar uma maior troca de calor entre o eletrodo e o refrigerante.
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Todavia, ocorre repetidamente que quando o aparelho fica ligado por um tempo longo, há um superaquecimento no eletrodo, que se torna clara na forma de uma descoloração considerável do suporte de eletrodo e uma rápida fusão da inserção de eletrodo.
Desta forma, a invenção está baseada no problema de prevenir ou pelo menos reduzir o superaquecimento do eletrodo das tochas de plasma de arco.
De acordo com a invenção, este problema é solucionado por um tubo de resfriamento para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado com uma extremidade que pode ser disposta na extremidade aberta de um eletrodo e com um duto de refrigerante se estendendo através do mesmo, caracterizado pelo fato de na dita extremidade haver um espessamento semelhante a uma protuberância da parede do tubo de resfriamento voltado para dentro e/ou para fora.
Este problema é solucionado adicionalmente por uma disposição de um tubo de resfriamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e um eletrodo apresentando um corpo alongado oco com uma extremidade aberta para a disposição da extremidade frontal de um tubo de resfriamento e uma extremidade fechada, a superfície de fundo da extremidade aberta apresentando uma região em projeção, sobre a qual a extremidade do tubo de resfriamento se estende, e o espessamento se estende na direção longitudinal pelo menos sobre a região em projeção.
Em adição, este problema é solucionado por um tubo de resfriamento para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado com uma extremidade traseira que pode ser conectada de forma destacável a um suporte de eletrodo de uma tocha de plasma de arco e um duto de refrigerante se estendendo através do mesmo, caracterizado pelo fato de uma rosca externa ser provida para conectar de forma destacável a extremidade traseira a um suporte de eletrodo, com uma superfície externa cilíndrica unindo estes para a centralização do tubo de resfriamento em relação ao suporte de eletrodo.
Além disto, este problema é solucionado por um suporte de eletrodo para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado com uma extremidade para receber um eletrodo e com um interior oco, caracterizado pelo fato de ser provida no
4/15 interior oco uma rosca para ser aparafusada em uma extremidade traseira de um tubo de resfriamento, com uma superfície interna cilíndrica unindo estes para a centralização do tubo de resfriamento em relação ao suporte de eletrodo.
Este problema é adicionalmente solucionado por uma disposição com um tubo de resfriamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13 e um suporte de eletrodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, o tubo de resfriamento sendo aparafusado no suporte de eletrodo por meio da rosca externa e da rosca interna.
Em adição, o problema é solucionado por uma disposição de um tubo de resfriamento para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado com uma extremidade traseira que pode ser conectada de forma destacável a um suporte de eletrodo de uma tocha de plasma de arco e um duto de refrigerante se estendendo através do mesmo, e com um suporte de eletrodo para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado com uma extremidade para receber um eletrodo e com um interior oco, caracterizado pelo fato de ser provida na superfície externa do tubo de resfriamento pelo menos uma projeção para centralizar o tubo de resfriamento no suporte de eletrodo.
Além disto, a presente invenção provê um eletrodo para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado oco com uma extremidade aberta para dispor a extremidade frontal de um tubo de resfriamento e uma extremidade fechada, a extremidade aberta apresenta uma rosca externa para ser aparafusada na rosca interna de um suporte de eletrodo, caracterizado pelo fato de adjacente à rosca externa, na direção da extremidade fechada, se encontra uma superfície externa cilíndrica para centralizar o eletrodo em relação ao suporte de eletrodo.
Em adição, a presente invenção provê um suporte de eletrodo para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado com uma extremidade provida com uma rosca interna para receber um eletrodo e com um interior oco, caracterizado pelo fato de adjacente à rosca interna, se encontra uma superfície interna cilíndrica para centralizar o eletrodo em relação ao suporte de eletrodo.
A presente invenção provê adicionalmente uma disposição com um eletrodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 28 e um suporte de eletrodo de acordo
5/15 com qualquer uma das reivindicações 29 a 31, o eletrodo sendo aparafusado ao suporte de eletrodo por meio da rosca externa e da rosca interna.
De acordo com um aspecto adicional, este problema é solucionado por uma tocha de plasma de arco com um tubo de resfriamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 ou 9 a 13, um suporte de eletrodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16 ou 29 a 31, um eletrodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 28 ou uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, 17 a 23 ou 32 a 33.
No tubo de resfriamento de acordo com a reivindicação 1, é vantajoso que o espessamento se estenda por pelo menos um milímetro na direção longitudinal do tubo de resfriamento.
O espessamento convenientemente leva a um aumento do diâmetro externo em pelo menos 0,2 milímetros e/ou a uma redução do diâmetro interno em pelo menos 0,2 milímetros.
Na disposição de acordo com reivindicação 4, pode ser contemplado que adicionalmente compreende um suporte de eletrodo que apresenta um corpo alongado com uma extremidade para receber o eletrodo e com um interior oco, onde o tubo de resfriamento se projeta para o interior oco e pelo menos uma projeção é provida na superfície externa do tubo de resfriamento para centralizar o tubo de resfriamento no suporte de eletrodo.
E conveniente se prover um primeiro grupo de projeções dispostas de forma periférica e espaçadas entre si.
Em particular, pode ser contemplado a este propósito que são dispostas de forma periférica e espaçadas entre si, com o segundo grupo deslocado axialmente em relação ao primeiro grupo.
E ainda mais preferido que o segundo grupo de projeções seja deslocado de forma periférica em relação ao primeiro grupo de projeções.
O tubo de resfriamento de acordo com a reivindicação 9 pode ser provido com uma face de encosto para fixar o tubo de resfriamento axialmente no suporte de eletrodo.
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É vantajoso que a superfície externa cilíndrica apresente uma ranhura periférica. Em particular, um anel em O pode ser disposto na ranhura para propósitos de vedação.
De acordo com uma realização particular da invenção, a superfície externa 5 cilíndrica apresenta um diâmetro externo que é exatamente do mesmo tamanho ou maior que o diâmetro externo da rosca externa.
No suporte de eletrodo de acordo com a reivindicação 14, é conveniente se prover uma face de encosto para fixar o tubo de resfriamento axialmente no suporte de eletrodo.
É vantajoso que a superfície interna cilíndrica apresente um diâmetro interno que é exatamente do mesmo tamanho ou maior que o diâmetro interno da rosca interna. O princípio aplicável aqui é D6.1 = (D.ôla - D6.1i)/2 (“a” indicando externo e “i” indicando interno).
De acordo com uma realização particular da disposição de acordo com a reivindicação 17, o tubo de resfriamento e o suporte de eletrodo são desenhados de tal forma que na direção da extremidade frontal, se encontra um espaço anular entre os mesmos.
Em adição, é convenientemente contemplado que a superfície externa cilíndrica do tubo de resfriamento e a superfície interna cilíndrica do suporte de eletrodo 20 apresentem tolerâncias pequenas em relação entre si.
Na disposição de acordo com a reivindicação 20, é conveniente se prover um primeiro grupo de projeções dispostas de forma periférica e espaçadas entre si. Em particular, exatamente três projeções podem ser providas, as quais são preferivelmente dispostas deslocadas entre si em 120°.
Em adição, um segundo grupo de projeções pode ser provido, as projeções dispostas de forma periférica e espaçadas entre si, com o segundo grupo deslocado axialmente em relação ao primeiro grupo. O segundo grupo de projeções pode, igualmente, consistir em exatamente três projeções, as quais são preferivelmente dispostas deslocadas entre si em 120°.
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O segundo grupo de projeções é vantajosamente deslocado em relação ao primeiro grupo de projeções. O deslocamento pode ser de 60°, por exemplo.
No eletrodo de acordo com a reivindicação 24, é conveniente se prover uma face de encosto para fixar o eletrodo axialmente no suporte de eletrodo.
Em particular, a superfície externa cilíndrica pode apresentar uma ranhura periférica com um anel em O disposto nesta para propósitos de vedação.
De acordo com uma realização particularmente vantajosa, a superfície externa cilíndrica apresenta um diâmetro externo que é exatamente do mesmo tamanho ou maior que o diâmetro externo da rosca externa.
No eletrodo de acordo com a reivindicação 29, pode ser provida uma face de encosto para fixar um eletrodo axialmente no suporte de eletrodo.
É vantajoso que a superfície interna cilíndrica apresente um diâmetro interno que é exatamente do mesmo tamanho ou maior que o diâmetro interno da rosca interna. O princípio aplicável aqui é D6.4 = (D6.4a - D6.4i)/2.
Na disposição de acordo com a reivindicação 32, é vantajoso que a superfície externa cilíndrica do eletrodo e a superfície interna cilíndrica do suporte de eletrodo apresentem tolerâncias pequenas em relação entre si. É usual aqui se utilizar um assim chamado ajuste de transição, significando, por exemplo, uma tolerância externa de 0 a 0,01 mm, e uma tolerância interna de 0 a +0,01 mm.
A invenção está baseada na observação surpreendente de que o espessamento faz com que os espaços entre o tubo de resfriamento e o eletrodo se tomem mais estreitos, mas sem reduzir a seção transversal na região traseira do cabeçote da tocha de plasma de arco. Desta forma, uma alta velocidade de fluxo do refrigerante é obtida na parte frontal, entre o tubo de resfriamento e o eletrodo, o que aumenta a transferência de calor.
A transferência de calor é adicionalmente ou altemativamente aumentada pela centralização adequada dos componentes do cabeçote da tocha de plasma.
A invenção esta baseada na observação de que a transferência de calor entre o eletrodo e o refrigerante não é ideal. Neste sentido, a pressão, a velocidade de fluxo, o volume de fluxo e/ou a pressão diferencial do refrigerante na rota do fluxo podem não
8/15 ser adequadas na região frontal, na qual o tubo de resfriamento se projeta para além da região que se estende para dentro do eletrodo. Em adição, foi reconhecido o problema de que o espaço anular entre o eletrodo e o tubo de resfriamento pode diferir em tamanho em sua circunferência se não estiver posicionado no centro. Isso resulta em uma distribuição não uniforme de refrigerante em torno da região que se estende para dentro do eletrodo. Isto prejudica o resfriamento.
Características e vantagens adicionais da invenção ficarão claras a partir das reivindicações anexas após a descrição, onde quatro realizações são ilustradas em detalhes com referência aos desenhos esquemáticos. Onde:
| Figura 1 - | mostra uma vista em seção longitudinal através de um cabeçote da tocha de plasma de acordo com uma primeira realização particular da presente invenção; |
| Figura 2 - | mostra uma vista individual de um tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 1, visto a partir de cima (esquerda) e em uma vista em seção longitudinal (direita); |
| Figura 3 - | mostra detalhes da conexão entre o eletrodo e o suporte de eletrodo em uma vista em seção longitudinal do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 1; |
| Figura 4 - | mostra detalhes do suporte de eletrodo mostrado na Figura 3, parcialmente em uma seção longitudinal; |
| Figura 5 - | mostra detalhes da conexão entre o suporte de eletrodo e o tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 1; |
| Figura 6 - | mostra detalhes do suporte de eletrodo mostrado na Figura 5, parcialmente em uma vista em seção longitudinal; |
| Figura 7 - | mostra um detalhe (seção A-A) da conexão entre o suporte de eletrodo e o tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 1; |
| Figura 8 - | mostra uma ilustração individual do eletrodo do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 1, em uma vista em seção longitudinal; |
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| Figura 9 - | mostra uma vista em seção longitudinal através de um cabeçote da tocha de plasma de acordo com uma segunda realização particular da presente invenção; |
| Figura 10 - | mostra uma vista individual de um tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 9, visto de cima (esquerda) e em uma vista em seção longitudinal (direita); |
| Figura 11 - | mostra detalhes da conexão entre o suporte de eletrodo e o tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 9; |
| Figura 12 - | mostra uma vista em seção longitudinal através de um cabeçote da tocha de plasma de acordo com uma terceira realização particular da presente invenção; |
| Figura 13 - | mostra uma vista individual de um tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 12, visto de cima (esquerda) e em uma vista em seção longitudinal (direita); |
| Figura 14 - | mostra detalhes da conexão entre o suporte de eletrodo e o tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 12; |
| Figura 15 - | mostra uma vista em seção longitudinal através de um cabeçote da tocha de plasma de acordo com uma quarta realização particular da presente invenção; |
| Figura 16 - | mostra uma vista individual de um tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 15, visto de cima (esquerda) e em uma vista em seção longitudinal (direita); e |
| Figura 17 - | mostra detalhes da conexão entre o suporte de eletrodo e o tubo de resfriamento do cabeçote da tocha de plasma mostrado na Figura 15. |
A Figura 1 mostra uma primeira realização particular de um cabeçote da tocha de plasma de acordo com a presente invenção. O dito cabeçote da tocha de plasma contém um eletrodo (7), um suporte de eletrodo (6), um tubo de resfriamento (10), um bocal (4), uma capa de bocal (2) e uma linha de gás (3). O bocal (4) é fixado no local pela capa de bocal (2) e pelo suporte de bocal (5). O suporte de eletrodo (6) recebe o eletrodo (7) e o tubo de resfriamento (10) por meio de uma rosca em cada caso, a saber a
10/15 rosca interna (6.4) e a rosca interna (6.1). A linha de gás (3) é localizada entre o eletrodo (7) e o bocal (4) e faz com que um gás de plasma (PG) gire. Em adição, o cabeçote da tocha de plasma (1) contém uma capa de proteção de gás secundário (9), que nesta realização é aparafusada em um suporte de capa de proteção do bocal (8). Um gás secundário (SG), que protege o bocal (4), especialmente a ponta do bocal, flui entre a capa de proteção de gás secundário (9) e a capa de bocal (2).
O tubo de resfriamento (10) (ver também a Figura 2) é fixado na parte traseira do suporte de eletrodo (6), e o eletrodo (7) é fixado na parte frontal do suporte de eletrodo (6). O tubo de resfriamento (10) se projeta para além da região (7.5) do eletrodo (7) se estendendo para dentro, isto é, afastando-se da ponta do bocal (ver também as Figuras 3 e 8). Nesta região, o diâmetro interno (D10.8) no comprimento (L10.8) do tubo de resfriamento (10) é menor que o diâmetro interno (D10.9) da parte interna (10.9) do tubo de resfriamento (10) voltado para trás, e o diâmetro externo (D10.10) no comprimento (L10.10) do tubo de resfriamento (10) é maior que o diâmetro externo (D10.ll) da parte externa (10.11) do tubo de resfriamento (10) voltado para trás. Desta forma, isto produz um espessamento semelhante a uma protuberância (10.18) da parede (10.19) do tubo de resfriamento, voltada para dentro e para fora. Isto assegura que a seção transversal do fluxo disponível para o refrigerante é restrita apenas na parte interna frontal (10.8) e na parte externa frontal (10.10), onde uma alta velocidade de fluxo de um refrigerante é requerida para uma boa dispersão de calor, e a seção transversal de fluxo maior possível está disponível na região traseira de maneira a manter as quedas de pressão na parte interna traseira (10.9) e na parte externa traseira (10.11) o mais baixa possível. Um refrigerante primeiramente flui na rota de fluxo (WV1) (linha de suprimento de água 1) para o interior do tubo de resfriamento (10) e encontra a região que se estende para dentro (7.5) do eletrodo (7), antes de fluir de volta através da rota de fluxo (WR1) (linha de retorno de água 1) no espaço entre o tubo de resfriamento (10) e o eletrodo (7) e o suporte de eletrodo (6).
O jato de plasma (não mostrado) tem seu ponto de ataque na superfície externa de uma inserção de eletrodo (7.8). É onde ocorre a maior parte do calor, que deve ser dissipado de maneira a assegurar um tempo de vida útil longa do eletrodo (7). O calor é
11/15 conduzido pelo eletrodo (7) feito de cobre ou prata para o refrigerante no interior do eletrodo.
Na região na qual o tubo de resfriamento (10) se projeta para além da região que se estende para dentro (7.5) do eletrodo (7), o espaço entre as superfícies opostas da parte interna frontal (10.8) do tubo de resfriamento e da região do eletrodo (7.5) do eletrodo (7) e da parte externa frontal (10.10) e da superfície interna (7.10) do eletrodo, é muito pequeno. Fica entre 0,1 e 0,5 mm.
Em adição, o refrigerante flui no espaço entre o bocal (4) e a capa de bocal (2) pela rota de fluxo (WV2) (linha de suprimento de água 2) e (WR2) (linha de retorno de água 2).
Como também ilustrado nas Figuras 5 e 6, o tubo de resfriamento (10) é aparafusado no suporte de eletrodo (6) por meio da rosca externa (10.1) e da rosca interna (6.1). O tubo de resfriamento (10) e o suporte de eletrodo (6) são centralizados entre si por meio da superfície externa cilíndrica (10.3) do tubo de resfriamento (10) e da superfície interna cilíndrica (6.3) do suporte de eletrodo (6). Estas apresentam tolerâncias pequenas entre si de maneira a se obter uma boa centralização. Neste contexto, a tolerância da superfície externa cilíndrica (10.3) pode ser o tamanho nominal do diâmetro externo (D10.3) de 0 a -0,01 mm e a tolerância da superfície interna cilíndrica (6.3) pode ser o tamanho nominal do diâmetro interno (D6.3) de 0 a +0,01 mm. A rosca interna (6.1) do suporte de eletrodo (6) e a rosca externa (10.1) do tubo de resfriamento (10) apresentam jogo suficiente entre si, de tal forma que o tubo de resfriamento (10) pode ser facilmente aparafusado no suporte de eletrodo (6). É apenas no momento antes da fixação que a centralização ocorre por meio da superfície interna cilíndrica (6.3) e da superfície externa cilíndrica (10.3), que apresentam tolerâncias pequenas e estão voltadas uma para a outra no estado aparafusado.
O diâmetro externo (D10.3) da superfície externa cilíndrica 10.3 do tubo de resfriamento (10) é pelo menos do mesmo tamanho ou maior que o diâmetro externo (D10.1) da rosca externa (10.1).
12/15
Ή
Ο diâmetro interno (D6.3) da superfície interna cilíndrica (6.3) do suporte de eletrodo (6) é maior que o diâmetro interno mínimo (D6.1) da rosca interna (6.1), onde D6.1 =(D6.1a-D6.1i)/2.
A centralização descrita acima assegura o alinhamento paralelo do tubo de 5 resfriamento (10) ao eixo (M) do cabeçote da tocha de plasma (1), um espaço anular uniforme entre o tubo .de resfriamento (10) e a região do eletrodo (7.5) e, desta forma, uma distribuição uniforme do fluxo de refrigerante no interior do eletrodo, especialmente na região da parte frontal (10.8) do tubo de resfriamento (20) e da região do eletrodo que se estende para dentro (7.5). Quando aparafusadas firmemente, as faces io de encosto (10.2) e (6.2) repousam uma sobre a outra. Isto faz com que o tubo de resfriamento (10) seja fixado axialmente no suporte de eletrodo (6).
Como também ilustrado nas Figuras 3 e 4, o eletrodo (7) é aparafusado no suporte de eletrodo (6) por meio da rosca externa (7.4) e da rosca interna (6.4). O eletrodo (7) e o suporte de eletrodo (6) são centralizados entre si por meio da superfície 15 externa cilíndrica (7.6) do eletrodo (7) e da superfície interna cilíndrica (6.6) do suporte de eletrodo (6). As superfícies externas apresentam tolerâncias pequenas entre si de maneira a se obter uma boa centralização. Neste contexto, a tolerância da superfície externa cilíndrica pode ser o tamanho nominal do diâmetro externo (D7.6) de 0 a -0,01 mm e a tolerância da superfície interna cilíndrica (6.3) pode ser o tamanho nominal do 20 diâmetro interno (D6.6) de 0 a +0,01 mm. A rosca interna (6.4) do suporte de eletrodo (6) e a rosca externa (7.4) do eletrodo (7) apresentam suficiente jogo entre si, de tal forma que o eletrodo (7) pode ser facilmente aparafusado no suporte de eletrodo (6). E apenas no momento imediato antes da fixação que a centralização ocorre por meio das superfícies cilíndricas (6.6) e da superfície externa cilíndrica (7.6), que apresentam 25 tolerâncias pequenas e estão voltadas uma para a outra no estado aparafusado.
O diâmetro externo (D7.6) da superfície externa cilíndrica (7.6) do eletrodo (7) é pelo menos do mesmo tamanho ou maior que o diâmetro externo máximo (D7.4) da rosca externa (7.4) (ver Figura 8).
13/15 *
O diâmetro interno (D6.6) da superfície interna cilíndrica (6.6) do suporte de eletrodo (6) é maior que o diâmetro interno (D6.4) da rosca interna (6.4), onde D6.4 = (D6.4a - D6.4Í) / 2.
A centralização descrita acima é necessária para o alinhamento paralelo do eletrodo (7) ao eixo (M) do cabeçote da tocha de plasma (1), o que por sua vez assegura uma distribuição uniforme do fluxo de refrigerante no interior do eletrodo, especialmente na região da parte interna frontal (10.8) do tubo de resfriamento (10) e na região que se estende para dentro (7.5) do eletrodo (7). O propósito da centralização do eletrodo (7) em relação ao suporte de eletrodo (6) é o de assegurar uma centralidade em relação aos outros componentes do cabeçote da tocha de plasma, especialmente o bocal (4). O que serve para formar um jato de plasma uniforme, que é parcialmente determinado pelo posicionamento da inserção de eletrodo (7.8) do eletrodo (7) em relação à abertura (4.1) do bocal (4). Em adição, a superfície externa cilíndrica (7.6) apresenta uma ranhura (7.3) com um anel em O (7.2) disposto ali com propósitos de vedação. Quando aparafusadas firmemente, as faces de encosto (7.7) e (6.7) repousam uma sobre a outra. Isto faz com que o eletrodo (7) seja fixado axialmente no suporte de eletrodo (6).
Um aperfeiçoamento adicional na centralização radial do tubo de resfriamento (10) em relação ao suporte de eletrodo (6) é obtido por meio de um grupo de projeções 20 (10.6) e um grupo de projeções (10.7), que são localizados na superfície externa do tubo de resfriamento (10). Estes fixam a distância da superfície interna do suporte de eletrodo (6). Nesta realização, se encontram três projeções (10.6) e (10.7) por grupo distribuídas com deslocamento de 120° de forma periférica na superfície externa do tubo de resfriamento e também com um deslocamento (LlOa) na direção longitudinal do tubo 25 de resfriamento (1) entre si (ver Figuras 2 e 7). As projeções (10.6) são dispostas neste caso deslocadas em 60° em relação às projeções (10.7). Este deslocamento melhora a centralização radial. Ao mesmo tempo, as projeções (10.7) podem ser utilizadas como uma contraparte para uma ferramenta (não mostrada) para aparafusar e desparafusar o tubo de resfriamento (10). As projeções (10.6) e (10.7) apresentam uma seção 30 transversal retangular quando observadas a partir da região frontal (10.8). Isto significa
14/15 que apenas os cantos das seções transversais retangulares se apoiam na superfície interna cilíndrica (6.11) do suporte de eletrodo (6). Desta forma, é obtido um alto grau de centralização, enquanto que ao mesmo tempo preservando a facilidade de montagem.
A Figura 9 mostra uma outra realização particular de um cabeçote da tocha de plasma (1) de acordo com a invenção, que difere da realização mostrada nas Figuras 1 a 8 no desenho da parte interna frontal (10.8) do tubo de resfriamento (10) (ver também a Figura 10). O comprimento (L10.8) da parte interna (10.8) é menor, como resultado a seção transversal do fluxo é aumentada consideravelmente apenas na região mais frontal. Os comprimentos da parte interna frontal (10.8) e da parte externa frontal (10.10) são 10 idênticos aqui. Em adição, na região na qual o suporte de eletrodo (6) e o tubo de resfriamento (10) são aparafusados entre si, há uma ranhura (10.4) na superfície externa cilíndrica (10.3) do tubo de resfriamento (10), com um anel em O (10.5) disposto na ranhura para com propósitos de vedação (ver também a Figura 11).
A Figura 12 mostra uma outra realização particular de um cabeçote da tocha de 15 plasma da invenção, que difere das duas realizações mostradas nas Figuras 1 a 11 no desenho da parte interna frontal (10.8) do tubo de resfriamento (10) (ver também a Figura 13). O comprimento (LI0.8) da parte interna (10.8) é menor que na Figura 1, e o comprimento (L10.10) da parte externa frontal (10.10) é maior que na Figura 9. Como resultado, a resistência de fluxo da disposição como um todo é reduzida, uma vez que 20 espaços estreitos são encontrados apenas na parte mais frontal entre o tubo de resfriamento e o eletrodo.
A centralização entre o tubo de resfriamento (10) e o suporte de eletrodo (6) é obtida da mesma forma por meio de uma superfície interna cilíndrica (6.3) e uma superfície externa cilíndrica (10.3). Estas são, no entanto, dispostas de forma diferente 25 da que é mostrada nas Figuras 1 e 9. Como resultado desta disposição, as superfícies cilíndricas de centralização são maiores. Isto melhora ainda mais a centralização e é obtida pela alteração da ordem “rosca - superfície de centralização - face de encosto” para “rosca - face de encosto - superfície de centralização”. Uma vantagem adicional é que o tamanho da unidade não é aumentado. Se a ordem for mantida, a face de encosto 30 teria que apresentar um diâmetro diferente do da superfície de centralização.
15/15
A Figura 15 mostra uma realização adicional especial do cabeçote da tocha de plasma da invenção. Difere da realização da Figura 1 no desenho da parte interna frontal (10.8) do tubo de resfriamento (10) (ver também a Figura 16). Os comprimentos da parte interna frontal (10.8) e da parte externa frontal (10.10) são idênticos aqui. Em seu 5 comprimento, as ditas partes correspondem à região (7.5) do eletrodo (7).
A centralização entre o tubo de resfriamento (10) e o suporte de eletrodo (6) é obtida como na Figura 12. Em adição, na região na qual o suporte de eletrodo (6) e o tubo de resfriamento (10) são aparafusados entre si, há uma ranhura (10.4) na superfície externa cilíndrica (10.3) do tubo de resfriamento (10), com um anel em O (10.5) 10 disposto na ranhura com propósitos de vedação. Isto é ilustrado na Figura 17.
As características da invenção descrita no presente relatório, nos desenhos e nas reivindicações podem ser essenciais na implementação da invenção em suas várias realizações tanto individualmente quanto em quaisquer combinações.
Claims (23)
1. Tubo de resfriamento (10) para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado (10.13) com uma extremidade (10.17) que pode ser disposto na extremidade aberta (7.12) de um eletrodo (7) e uma extremidade traseira (10.14), e um duto de refrigerante (10.15) que se estende através deste, caracterizado pelo fato de haver na dita extremidade (10.17) um espessamento semelhante a uma protuberância (10.18) voltado para dentro e/ou para fora da parede (10.19) do tubo de resfriamento (10), e sobre a superfície externa (10.16) do tubo de resfriamento (10) serem providos um primeiro grupo de projeções (10.6), que são dispostas circunferencialmente e espaçadas entre si, e um segundo grupo de projeções (10.7), que são dispostas circunferencialmente e espaçadas entre si, para a centralização do tubo de resfriamento (10) em um suporte de eletrodo (6), no qual o segundo grupo de projeções se encontra deslocado axialmente em relação ao primeiro grupo de projeções e o segundo grupo de projeções (10.7) se encontra deslocado circunferencialmente em relação ao primeiro grupo de projeções (10.6).
2. Tubo de resfriamento (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do espessamento (10.18) se estender por pelo menos um milímetro na direção longitudinal do tubo de resfriamento (10).
3. Tubo de resfriamento (10) de acordo com a reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato do espessamento (10.18) aumentar o diâmetro externo (D10.11) em pelo menos 0,2 milímetros e/ou reduzir o diâmetro interno (D10.9) em pelo menos 0,2 milímetros.
4. Tubo de resfriamento (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 caracterizado pelo fato de que para a conexão desmontável da extremidade traseira (10.14) a um suporte de eletrodo (6), uma rosca externa (10.1) ser provida na extremidade traseira, com uma superfície externa cilíndrica (10.3) adjacente a mesma, para centralizar o tubo de resfriamento (10) em relação ao suporte de eletrodo (6).
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5. Tubo de resfriamento (10) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de ser provida uma face de encosto (10.2) para fixar axialmente o tubo de resfriamento (10) no suporte de eletrodo (6).
6. Tubo de resfriamento (10) de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato da superfície externa cilíndrica (10.3) apresentar uma ranhura periférica (10.4), em particular no qual um anel em O (10.5) ser disposto na ranhura (10.4) para propósitos de vedação.
7. Tubo de resfriamento (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato da superfície externa cilíndrica (10.3) apresentar um diâmetro externo (D10.3) igual ou maior que o diâmetro externo máximo (D10.1) da rosca externa (10.1).
8. Montagem consistindo de um tubo de resfriamento (10) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7 e um eletrodo (7) apresentando um corpo alongado oco (7.11) com uma extremidade aberta (7.12) no qual ser disposta a extremidade frontal (10.17) de um tubo de resfriamento (10), e uma extremidade fechada (7.13) , caracterizada pelo fato da superfície inferior (7.14) da extremidade fechada (7.13) apresentar uma região de projeção (7.5), sobre a qual a extremidade (10.17) do tubo de resfriamento (10) se estende, e o espessamento (10.18) se estende na direção longitudinal sobre pelo menos a região de projeção (7.5).
9. Montagem de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente um suporte de eletrodo (6) que apresenta um corpo alongado (6.12) com uma extremidade (6.13) no qual o eletrodo (7) é acomodado, e um interior oco (6.14), onde o tubo de resfriamento (10) se projeta para o interior oco (6.14).
10. Suporte de eletrodo (6) para uma tocha de plasma de arco compreendendo um corpo alongado (6.12) com uma extremidade (6.13) para receber um eletrodo (7) e um interior oco (6.14), caracterizado pelo fato de no interior oco (6.14) ser provida uma rosca interna (6.1) para qual pode ser rosqueada uma extremidade traseira (10.14) de um tubo de resfriamento (10) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, no qual adjacente a esta estar uma superfície interna cilíndrica (6.3) para centralizar o tubo de resfriamento (10) em relação ao suporte de eletrodo (6), no qual a superfície
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3/5 interna cilíndrica (6.3) apresentar um diâmetro interno (D6.3) no qual é igual ou maior que o diâmetro interno (D6.1) da rosca interna (6.1), e uma face de encosto (6.2) ser provida para fixar axialmente o tubo de resfriamento (10) no suporte de eletrodo (6).
11. Suporte de eletrodo (6) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo dato de que uma superfície interna cilíndrica (6.6) para centralizar o eletrodo (7) em relação ao suporte de eletrodo (6) diretamente adjacente à rosca interna (6.4), em particular no qual uma face de encosto (6.7) ser provida para fixar axialmente um eletrodo (7) no suporte de eletrodo (6).
12. Suporte de eletrodo (6) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da superfície interna cilíndrica (6.6) apresentar um diâmetro interno (D6.6) que é igual ou maior que o diâmetro interno (D6.4) da rosca interna (6.4).
13. Montagem consistindo de um tubo de resfriamento (10) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 7 e um suporte de eletrodo (6) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizada pelo fato de o tubo de resfriamento (10) ser aparafusado no suporte de eletrodo (6) por meio da rosca externa (10.1) e a rosca interna (6.1), em particular no qual o tubo de resfriamento (10) e o suporte de eletrodo (6) serem configurados de tal forma que um espaço anular (11) existe entre eles na direção da extremidade frontal.
14. Montagem de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de apresentar um ajuste de transição existente entre a superfície externa cilíndrica (10.3) do tubo de resfriamento (10) e a superfície interna cilíndrica (6.3) do suporte de eletrodo (6).
15. Montagem consistindo de um tubo de resfriamento (10) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, que compreende um corpo alongado (10.13) com uma extremidade traseira (10.14) que pode ser conectada de forma desmontável a um suporte de eletrodo (6) de uma tocha de plasma de arco e um duto de refrigerante (10.15) se estendendo através deste corpo e um suporte de eletrodo (6) como definido por qualquer uma das reivindicações 10 a 12, o qual compreende um corpo alongado (6.12) com uma extremidade (6.13) para receber um eletrodo (7) e um interior oco (6.14), caracterizado pelo fato de que pelo menos uma projeção (10.6 e/ou 10.7)
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4/5 ser provida na superfície externa (10.16) do tubo de resfriamento (10) para centralizar o tubo de resfriamento (10) no suporte de eletrodo (6).
16. Montagem de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de se prover um primeiro grupo de projeções (10.6), na qual são dispostas circunferencialmente e espaçadas entre si.
17. Montagem de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de se prover um segundo grupo de projeções (10.7), na qual são dispostas circunferencialmente e espaçadas entre si, na qual o segundo grupo se encontra deslocado axialmente em relação ao primeiro grupo, em particular o segundo grupo de projeções (10.7) se encontra deslocado circunferencialmente em relação ao primeiro grupo de projeções (10.6).
18. Eletrodo (7) para uma tocha de plasma de arco, compreendendo um corpo alongado oco (7.11) com uma extremidade aberta (7.12) para acomodar a extremidade frontal de um tubo de resfriamento conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, e uma extremidade fechada (7.13), onde a extremidade aberta apresenta uma rosca externa (7.4) para ser rosqueada com a rosca interna (6.4) de um suporte de eletrodo (6) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que diretamente adjacente à rosca externa (7.4) na direção da extremidade fechada (7.13), ser uma superfície externa cilíndrica (7.6) para a centralização do eletrodo (7) em relação ao suporte de eletrodo (6).
19. Eletrodo (7) de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de ser provida uma face de encosto (6.7) para fixar axialmente o eletrodo (7) no suporte de eletrodo (6).
20. Eletrodo (7) de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que a superfície externa cilíndrica (7.6) apresentar uma ranhura periférica (7.3), em particular no qual um anel em O (7.2) ser disposto na ranhura (7.3) para vedação.
21. Eletrodo (7) de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato da superfície externa cilíndrica (7.6) apresentar um diâmetro externo (D7.6) igual ou maior que o diâmetro externo (D7.4) da rosca externa (7.4).
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22. Montagem consistindo de um eletrodo (7) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 21 e um suporte de eletrodo (6) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 11 e 12, caracterizado pelo fato de o eletrodo (7) ser aparafusado no suporte de eletrodo (6) por meio da rosca externa (7.4) e da rosca interna (6.4), em particular no qual um ajuste de transição existente entre a superfície externa cilíndrica (7.6) do eletrodo (7) e a superfície interna cilíndrica (6.6) do suporte de eletrodo (6).
23. Tocha de plasma de arco caracterizada por compreender um tubo de resfriamento conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, um suporte de eletrodo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 12, um eletrodo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 21, ou uma montagem conforme definida em qualquer uma das reivindicações 8, 9, 13 a 17, 22.
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