等離子切割系統、起始所述系統中的等離子弧的方法，和用于操作等離子火炬系統的方法
【專利摘要】本申請涉及等離子切割系統、起始等離子切割系統中的等離子弧的方法，和用于操作等離子火炬系統的方法。在一些方面中，起始等離子切割系統中的等離子弧的方法可包含：提供等離子氣體供應引線，其在電力供應與等離子弧切割火炬之間延伸，其中所述引線具有接近于所述電力供應的第一區段以及接近于所述火炬的第二區段，以及所述引線內在所述第一區段與所述第二區段之間的線內閥；選擇性地閉合所述線內閥以在所述第一區段中捕獲靜態體積的氣體；在所述第二區段中建立可衰減體積的氣體；以及在所述可衰減體積的壓力達到預定范圍內的壓力值時，起始所述等離子弧。
【專利說明】等離子切割系統、起始所述系統中的等離子弧的方法，和用于操作等離子火炬系統的方法
[0001]相關串請案
[0002]本申請案主張2012年10月19日申請的標題為“熱火炬引線氣體遞送系統以及相關系統和裝置(Thermal Torch Lead Gas Delivery Systems and Related Systems andDevices) ”的第61/716，065號美國臨時專利申請案的權益，所述臨時專利申請案的內容特此以全文引用的方式并入本文中。
【技術領域】
[0003]本發明大體上涉及熱割火炬(例如，等離子弧火炬)，且更具體地說，涉及等離子弧火炬氣體遞送方法以及相關系統和裝置。
【背景技術】
[0004]在一些常規等離子切割系統(例如，Hypertherm? Long Life?等離子弧切割系統)中，等離子弧通常在預流氣流狀態期間起始，且接著切換到切割流氣流狀態，以用于切割工件(例如，板狀工件)。此過程通常因為用于恰當且可靠等離子引弧的氣流條件通常不同于穩定狀態切割條件期間所使用的氣流條件而執行。通常使用相對位于較靠近所述火炬的閥組合件(例如，閥外組合件)來在引燃與穩定狀態切割之間切換。舉例來說，閥外組合件通常包含歧管和若干閥(例如，電磁閥)以控制到所述火炬的等離子氣流和保護氣流。對于等離子氣流或保護氣流，通常存在用于控制氣流的兩個閥。舉例來說，一個閥可特定專用于預流氣流，且另一閥可特定專用于切割流氣流。
[0005]在一些其它等離子切割系統(例如，Hypertherm非長壽命等離子切割系統)中，大體上所有的氣體控制功能(即，氣體控制閥)均位于所述火炬所連接到的電力供應或氣體控制臺，其可位于距所述火炬20到150英尺遠。

【發明內容】

[0006]在一些方面中，一種等離子切割系統可包含:電力供應；火炬；等離子氣體供應引線，其從氣體供應延伸到所述火炬，且包含接近于所述電力供應的第一區段以及接近于所述火炬的第二區段；以及線內閥，其定位于所述引線中在所述第一區段與所述第二區段之間，以及控制器，其可編程以控制所述線內閥的位置，使得所述線內閥可由所述控制器選擇性地關閉，以(a)在所述第一區段中捕獲靜態體積的氣體，且(b)在所述第二區段中建立可衰減體積的氣體。
[0007]實施例可包含以下特征中的一者或一者以上。
[0008]所述控制器可經編程以在所述可衰減體積的壓力達到預定范圍(例如，在一些情況下，預定范圍的下值可為大約9psi，且預定范圍的上值可為大約50psi)內的壓力值時，起始所述等離子弧。所述等離子切割系統還可包含所述等離子氣體供應引線的所述第二區段中的壓力傳感器。所述第一區段和所述第二區段可為將導向氣流和切割氣流提供給所述等離子切割系統的軟管的一部分。所述控制器可經編程以便以受控方式改變穿過所述等離子氣體供應線到所述等離子弧火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流動速率。在一些情況下，所述控制器可經編程以在瞬時第二壓力達到預定壓力等級時終止等離子弧。所述等離子切割系統還可包含用于通過多個等離子氣體供應線和多個線內電磁閥將多個氣體源連接到所述等離子弧火炬的構件。
[0009]在一些方面中，一種起始等離子切割系統中的等離子弧的方法可包含:提供等離子氣體供應引線，其在電力供應與等離子弧切割火炬之間延伸，其中所述引線包含接近于所述電力供應的第一區段，以及接近于所述火炬的第二區段，以及所述引線內在所述第一區段與所述第二區段之間的線內閥；通過控制器(即，使用控制器)選擇性地關閉所述線內閥，以在所述第一區段中捕獲靜態體積的氣體；在所述第二區段中建立可衰減體積的氣體；以及當所述可衰減體積的壓力達到預定范圍內的壓力值時，起始所述等離子弧。
[0010]在一些實施例中，所述起始之后可接著將所述線內閥或供應閥中的一者改變到第一位置，借此調整氣體到所述等離子弧切割火炬的流動；在所述第二區段中的瞬時壓力增加到切割壓力等級之后，在所述第二區段中建立切割壓力；以及使等離子弧電流增加到預定電平。
[0011]在一些實施例中，所述第一區段和所述第二區段可為運載導向氣流和切割氣流的軟管的一部分。
[0012]在一些實施例中，所述方法還可包含以受控方式改變穿過所述等離子氣體供應引線到所述等離子弧切割火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于等離子切割的氣體流動速率。
[0013]在一些實施例中，所述方法還可包含通過多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到所述等離子弧切割火炬，每一等離子氣體供應線具有線內電磁閥。
[0014]在一些實施例中，所述方法還可包含用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
[0015]在一些實施例中，線內閥的第一位置為打開，且線內閥的第二位置為關閉。且所述方法還可包含:測量所述第二區段中的所述壓力達到所述等離子氣體供應引線中的所述氣體的第一已知長度和內徑的設定值的一比例的第一時間；測量所述第二區段中的所述壓力達到所述等離子氣體供應引線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間；以及基于所述第二時間與所述第一時間之間的差，計算所述等離子氣體供應引線的長度，其中所述第二時間與所述第一時間之間的所述差和所述等離子氣體供應引線的所述第二已知長度中的氣體量與所述第一已知長度中的氣體量之間的差成比例。
[0016]在一些實施例中，所述方法還可包含將所述線內閥改變到第一位置，借此增加所述氣體到所述等離子弧切割火炬的流動，使得所述第二區段中的瞬時壓力在穿過所述等離子弧切割火炬的等離子腔的壓力耗散之前增加；以及當所述第二區段中的所述瞬時壓力達到所述預定范圍內的值時，引燃所述等離子弧切割火炬。
[0017]在一些方面中，一種用于操作等離子火炬系統的方法，其中所述等離子火炬系統包含通過引線耦合到火炬的等離子電力供應、位于所述引線中的線內閥，以及所述引線的位于所述線內閥與所述火炬之間的界定閥外軟管區段的部分，所述方法可包含:通過所述引線將氣體供應到所述火炬；選擇性地關閉所述線內閥，以在所述閥外軟管區段中建立可衰減體積的氣體；以及當所述火炬處的所述氣體的壓力達到預定范圍內的壓力值時，通過以下步驟起始所述火炬中的等離子弧:使在所述線內閥與所述火炬之間捕獲的氣體的體積的壓力能夠耗散到所述壓力值；或打開所述線內閥以釋放上游調節器閥與所述線內閥之間誘捕的氣體的體積，并且使所述閥外區段中的所述氣體的壓力能夠增加到所述壓力值。
[0018]在一些實施例中，所述方法還可包含關閉線內閥，以允許在所述閥外軟管區段中捕獲的氣體的體積的壓力以選定速率衰減，同時結合所述衰減壓力斜降等離子弧電流。
[0019]在一些實施例中，所述方法還可包含以受控方式改變穿過所述等離子氣體供應線到所述火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于切割的氣體流動速率。
[0020]在一些實施例中，所述起始還包含:將所述線內閥或供應閥中的一者改變到第一位置，借此調整所述氣體到所述火炬的流動；在瞬時第二壓力增加到切割壓力等級時，建立切割壓力；以及使弧電流增加到預定電平。在一些情況下，所述預定范圍的下壓力值可為約9psi,且所述預定范圍的上壓力值可為約50psi。
[0021 ] 在一些實施例中，所述方法還可包含通過多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到所述等離子弧火炬，每一等離子氣體供應線具有專用線內電磁閥。
[0022]在一些實施例中，所述方法還可包含用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
[0023]在一些方面中，一種用于起始等離子弧火炬中的等離子弧的方法可包含:使等離子氣體穿過等離子氣體供應線以及所述等離子氣體供應線內第一位置中的線內閥流動到所述等離子弧火炬，借此在所述等離子氣體供應線的在所述線內閥與所述等離子弧火炬之間的區段中產生第一壓力；將所述線內閥改變到第二位置，以調整所述等離子氣體到所述等離子弧火炬的流動，并且在所述線內閥與所述等離子弧火炬之間的所述區段中產生隨時間變化的第二壓力；以及在所述變化的第二壓力達到預定范圍內的壓力值時，起始等離子弧。
[0024]在一些實施例中，所述方法還可包含在所述弧起始之后，以受控方式將穿過所述等離子氣體供應線到所述等離子弧火炬的所述等離子氣體的所述壓力增加到切割流量。
[0025]在一些實施例中，所述起始還可包含:使弧電流增加到預定電平；將所述線內閥改變到第一位置，借此調整所述等離子氣體到所述等離子弧火炬的流動；以及在所述第二壓力增加到穩定切割壓力等級時，建立切割壓力。在一些情況下，所述預定范圍的下值為大約9psi,且所述預定范圍的上值為大約50psi。
[0026]在一些實施例中，所述線內閥的所述第一位置為打開，且所述線內閥的所述第二位置為關閉，且所述方法還可包含:測量所述第二壓力達到所述等離子氣體供應引線的第一已知長度和內徑的設定值的一比例的第一時間；測量所述第二壓力達到所述等離子氣體供應引線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間；以及基于所述第二時間與所述第一時間之間的差，計算所述等離子氣體供應引線的長度，其中所述第二時間與所述第一時間之間的所述差和所述等離子氣體供應引線的所述第二已知長度中的氣體量與所述第一已知長度中的氣體量之間的差成比例。
[0027]在一些實施例中，所述方法還可包含通過多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到所述等離子弧火炬，每一等離子氣體供應線具有專用線內電磁閥。
[0028]在一些實施例中，所述方法還可包含用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
[0029]在一些方面中，一種用于起始等離子火炬系統的方法，所述等離子火炬系統包含通過引線耦合到火炬的等離子電力供應、位于所述引線中的線內閥，以及所述引線的位于所述線內閥與所述火炬之間的界定閥外軟管區段的部分，所述方法可包含:通過所述引線將氣體供應到所述火炬；關閉所述線內閥，以在所述閥外軟管區段中建立可衰減體積的氣體；以及在所述線內閥關閉時，起始所述火炬中的等離子弧。
[0030]在一些實施例中，所述方法還可包含通過多個引線將多個氣體源連接到所述火炬，每一弓I線具有線內電磁閥。
[0031]在一些實施例中，所述方法還可包含用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
[0032]在一些實施例中，所述起始還包含:將所述線內閥改變到第一位置，借此調整所述氣體到所述火炬的流動；在所述閥外軟管區段中的瞬時壓力增加到切割壓力等級時，建立切割壓力；以及使弧電流增加到預定電平。
[0033]在一些實施例中，所述方法還可包含以受控方式改變穿過所述弓I線到所述火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流動速率。
[0034]在一些實施例中，所述線內閥的第一位置為打開，且所述線內閥的第二位置為關閉，且所述方法還可包含:測量所述閥外軟管區段中的壓力達到所述引線的第一已知長度和內徑的設定值的一比例的第一時間；測量所述閥外軟管區段中的壓力達到所述引線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間；以及基于所述第二時間與所述第一時間之間的差，計算所述等離子氣體供應引線的長度，其中所述第二時間與所述第一時間之間的所述差和所述等離子氣體供應引線的所述第二已知長度中的氣體量與所述第一已知長度中的氣體量之間的差成比例。
[0035]實施例可包含以下優點中的一者或一者以上。
[0036]在一些方面中，與一些其它火炬系統,例如使大體上所有的氣體控制閥位于其電力供應中的火炬系統中所觀察到的延遲相比，本文所描述的熱火炬引線氣體遞送系統可在從引弧有效地切換到切割時展現較少延遲。舉例來說，在使全部氣體控制閥位于其電力供應中的此些系統中，控制閥與火炬之間的火炬弓I線的大體積在氣流改變(例如,從引弧氣流改變為切割氣流)時可導致火炬處的延遲(例如，顯著延遲)。
[0037]在一些情況下，使用電力供應中的控制閥來有效地控制火炬引線內的氣流可能因氣體體積在具有不同引線長度的不同火炬之間變化的事實而復雜化。使全部氣體控制閥位于其電力供應中的火炬系統中的氣體壓力的可變延遲可影響引弧和弧關斷過程，這可導致過早的備件損壞以及不發火和啟動不規則性的增加。當在引燃不發火之后嘗試使火炬重新發火時，尤其當使用手持火炬時，變化氣流中的延遲可為復雜的，因為在可嘗試重新發火序列之前，通常必須首先放掉火炬中的壓力。
[0038]通過如本文所述將線內閥布置在火炬引線內，這些延遲問題可受限(例如，在一些情況下，被防止)。舉例來說，在一些情況下，將單個線內閥布置在火炬附近可減少在引燃與切割之間的轉變期間必須從引線排出的氣體的體積。閥與火炬之間的體積的減小可導致在引燃與切割之間有效轉變所需的時間的延遲的減少。限制調整氣體壓力的延遲可導致比一些其它火炬系統可靠且容易操作的等離子弧火炬。
[0039]另外，通過減少引弧與切割之間的轉變的延遲，本文所述的單閥氣體遞送系統可有助于提供對接近于火炬的氣流的較好控制，且在弧起始和弧關斷期間實現比一些其它火炬系統好的火炬內氣體壓力的變化(例如，氣體壓力的快速變化)。
[0040]在一些方面中，本文所述的氣體遞送系統可在火炬內需要比一些其它火炬系統(例如具有多個氣體遞送線的火炬系統)少的組件(例如，較少氣體閥和/或氣體遞送線)。舉例來說，本文所述的氣體遞送系統中的一些包含用于遞送等離子氣體和/或保護氣體的一個線內閥(即，僅一個線內閥)，其通常集成為火炬引線的一部分。由于減少了對額外氣體控制組件(例如，閥外組合件)的需要，因此本文所述的氣體遞送系統可有助于降低氣體遞送系統可用于其上的火炬系統的總成本。另外，通過減少火炬裝置中所包含的氣體遞送閥和軟管的數目，本文所述的氣體遞送系統可有助于減少系統安裝時間，因為通常不需要安裝額外閥外組合件并將其連接到電力供應。
[0041]在一些方面中，本文所述的氣體供應系統可用以比用一些其它火炬系統容易地確定火炬氣體引線的長度。另外，本文所述的熱火炬引線氣體遞送系統可用以比一些其它火炬系統更容易地檢測火炬氣體引線內的氣體泄漏。
[0042]另外，在一些方面中，本文所述的熱火炬引線氣體遞送系統可比一些其它火炬系統更好地用于水下切割。舉例來說，使用線內閥，火炬中可能存在的水可通過在起始弧以進行切割之前，使氣體流經閥外軟管和火炬來清除。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1是具有具用于調節到火炬的氣流的線內氣體閥的氣體供應引線的示范性等離子弧火炬系統的側視圖。
[0044]圖2是具有具線內閥的氣體遞送線的示范性等離子弧火炬系統的示意圖。
[0045]圖3是描述使用具有線內閥的引線的示范性等離子引弧序列的流程圖。
[0046]圖4A是示范性等離子引弧序列期間引線內的氣體壓力以及等離子弧電流的時序圖。
[0047]圖4B是示范性等離子引弧序列期間引線內的氣體壓力以及等離子弧電流的另一時序圖。
[0048]圖5是描述使用具有線內閥的引線的另一示范性等離子引弧序列的流程圖。
[0049]圖6是另一示范性等離子引弧序列期間引線內的氣體壓力以及等離子弧電流的時序圖。
[0050]圖7是描述使用具有線內閥的引線的另一示范性等離子引弧序列的流程圖。
[0051]圖8是描述使用具有線內閥的引線的另一示范性等離子引弧序列的流程圖。
[0052]圖9是示范性等離子滅弧序列期間引線內的氣體壓力以及等離子弧電流的時序圖。
[0053]圖10是示范性加壓測試序列期間具有不同長度的火炬引線內的氣體壓力的時序圖。
【具體實施方式】
[0054]在一些方面中，提供具有火炬的熱火炬系統，所述火炬可通過具有線內閥的氣體供應線連接到火炬控制單元，以選擇性地調節火炬內的氣體壓力，從而得到比一些其它火炬系統控制起來可靠且容易的火炬系統。
[0055]參看圖1，熱火炬系統(例如等離子弧火炬系統)50可包含便攜式(例如，手持式)等離子弧火炬100以及等離子弧切割控制系統(例如，火炬控制單元)200。等離子弧火炬100通過從火炬控制單元200的氣體供應延伸到火炬100的通常柔性的氣體供應引線150連接到火炬控制單元200。氣體供應引線150用以將電流(例如，用以建立用于切割的等離子弧的電流)和氣體(例如，等離子氣體或保護氣體)遞送到火炬100以供使用。在一些實施例中，氣體供應引線150將導向氣流和切割氣流兩者提供給火炬100。
[0056]引線150包含:第一氣體軟管區段152 ;第二氣體軟管區段(例如閥外軟管)154，其接近于火炬100 ;以及氣體閥(例如，線內閥)156，其安置于第一氣體軟管區段152與閥外軟管154之間，且流體連接第一氣體軟管區段152和閥外軟管154。閥外軟管154通常具有比第一氣體軟管區段152的長度153小的長度155。在一些實施例中，如本文所論述，通過將線內閥156定位在火炬100附近(例如，遠離火炬約2英寸到約12英尺)以及在遠離火炬100 —致的距離處(即，線內閥遠離具有不同長度引線的相應火炬大體上相同距離)，第一氣體軟管區段152的長度153可在不同火炬(例如，具有不同引線長度的火炬)之間變化，而不顯著影響火炬中的臨界氣體轉變(例如，在引弧期間)的時序。舉例來說，如下文所論述，當閥外軟管154在多種具有不同總長度的不同引線(S卩，具有不同長度的不同第一氣體軟管區段)上是一個一致長度時，通常可使用相同的火炬控制單元和控制設定，而無需對等離子引弧序列進行實質改變。
[0057]閥外軟管154和第一氣體軟管區段152可具有各種長度中的任一者。舉例來說，在一些實施例中，閥外軟管154的長度155通常小于6英尺。然而，第一氣體軟管區段152可基于用戶的需要具有各種長度中的任一者。舉例來說，在一些實施例中，第一氣體軟管區段152的長度153可為約I英尺到約100英尺(例如，約I英尺到約75英尺、約I英尺到約50英尺、約I英尺到約25英尺)。在所示實例中，第一氣體軟管區段152的長度153可為約20英尺到約150英尺。
[0058]引線150(即，第一氣體軟管區段152和閥外軟管154)可由各種結構上和化學上合適的材料中的任一者形成。舉例來說，可使用不同橡膠、塑料、金屬編織物、復合材料，或這些材料的各種組合中的任一者。在所示實例中，第一氣體軟管區段152和閥外軟管154由尼龍制成。
[0059]線內閥156經配置以用引線150來調節和控制流，例如以選擇性地限制準許氣體從第一氣體軟管區段152流入閥外軟管154中(例如，在引弧或滅弧序列期間)。在一些情況下，線內閥156可將第一氣體軟管區段152密封于閥外軟管154，以在第一氣體軟管區段152內形成封閉體積的氣體。
[0060]線內閥156可包含適合限制引線150內的氣流的各種類型的閥裝置中的任一者。在一些實施例中，線內閥156可在第一打開位置與第二關閉位置之間轉變，以打開和封閉第一氣體軟管區段152?；蛘呋蛄硗猓谝恍嵤├校€內閥156可成比例地打開和關閉以產生氣體可穿過的各種不同大小的開口。在一些情況下，此些比例閥可提供較多靈活性，且增加引弧與穩定狀態切割之間的轉變時以及設定遞送到火炬的氣體壓力時的控制。
[0061]此些合適閥裝置的實例可包含球形閥、蝶形閥、球閥、閘閥、止回閥以及其它類型的閥裝置。通常以電子方式來控制(例如，通過火炬控制單元200來控制)線內閥156，以調節穿過引線150的氣流。舉例來說，在圖1所說明的實例中，線內閥156呈雙向電磁閥的形式。
[0062]如圖1中所示，在一些實施例中，將壓力傳感器158安置在線內閥156與火炬100之間的閥外軟管154內(例如,接近火炬)。在一些情況下，一個或一個以上壓力傳感器的使用可允許較準確的向火炬100的壓力遞送，且還允許較好的檢修技術。壓力傳感器158經配置以測量閥外軟管154內的氣體壓力，且將氣體壓力數據發射到火炬控制單元200 (例如，發射到電力供應的控制器)。在一些實施例中，壓力傳感器另外或替代地安置在第一氣體軟管區段152中。
[0063]壓力傳感器158可包含各種類型的流體壓力感測裝置中的任一者，包含壓阻應變計裝置、電容性壓力感測裝置、電磁壓力感測裝置、壓電壓力感測裝置、光學壓力感測裝置、電位計壓力感測裝置，或各種其它類型的壓力感測裝置。舉例來說，壓力傳感器158可為來自美國SMC公司(印第安那州諾布爾斯維爾)的PSE540壓力感測裝置。
[0064]在使用期間，當等離子弧火炬100經由引線150電附接且流體附接到火炬控制單元200時，等離子弧火炬100可產生用于切割工件的等離子弧。等離子弧火炬100通常包含火炬主體105，其界定用于將等離子氣體引向其中形成等離子弧的等離子腔的等離子氣流路徑。電極(未圖示)安置在火炬主體105內，用于產生等離子弧。具有中央出口孔的噴嘴(未圖示)相對于電極安置在火炬主體105的遠端110處。等離子弧火炬100還包含保護物115，其相對于噴嘴的外表面安置在火炬主體105的遠端110處，用于限制噴嘴和電極向熔化的工件材料(例如，濺潑)或其它碎屑的暴露?；鹁?00包含用于連接到引線150的連接件102。連接件102可為永久連接，或可替代地為臨時可得到的連接件(例如，可釋放的耦合件)。
[0065]便攜式等離子弧火炬可為觸發器激活的裝置。就是說，火炬100響應于安置在火炬外殼125中的觸發器120的操作者激活而產生等離子流。任選地，可替換安全部件130可安置為鄰近于觸發器120的前表面，以防止觸發器120無意間啟動等離子弧火炬。
[0066]等離子弧火炬100可例如經由連接件202 (其可包含例如電連接和氣流線)在連接區域210處附接到火炬控制單元200。連接件102、202可為柔性的以允許手持式等離子弧火炬的容易可操作性。
[0067]火炬控制單元200包含外罩205，其可收納電力供應、氣體源(例如，氣體壓力調節器)206以及控制器204?？刂破?04可通常用以控制火炬系統50的操作，包含(例如)遞送到火炬100的控制氣流和電(例如，等離子弧電)。為了這樣做，火炬控制單元200與火炬100的各種組件以及引線150通信(例如，有線、電或無線通信)。舉例來說，控制器204可與線內閥156、安置在引線150內的一個或一個以上壓力傳感器158、火炬電極以及用以引燃等離子弧且操作火炬進行切割的其它組件通信。
[0068]為了選擇性地調整閥外軟管154內(以及火炬內)的氣體壓力，控制器204可為可編程的以控制線內閥156的位置，使得控制器204可將線內閥選擇性地調整為一個或一個以上不同配置。舉例來說，控制器204可將線內閥156移動到關閉位置，以捕獲第一氣體軟管區段152中的靜態體積的氣體，且在閥外軟管154中建立可衰減體積的氣體。在一些實施例中，如下文所論述，控制器204經編程以在可衰減體積的壓力達到預定范圍內的壓力值時，起始等離子弧。如下文進一步論述，控制器204經編程以用受控方式改變經由氣體供應引線150遞送到等離子弧火炬100的氣體(例如，在火炬中)的壓力以在弧起始之后建立用于切割的所要流速。
[0069]如下文進一步論述，或者或另外，本文所述的火炬系統50還可利用具有線內閥156的氣體供應引線150來基于閥外軟管152中的壓力而熄滅等離子弧。在一些實施例中，控制器204經編程以在閥外軟管中(即，以及火炬100中)的瞬時第二壓力達到預定壓力等級時，終止等離子弧。在一些情況下，控制器204為處理器(例如，數字信號處理器)。
[0070]火炬控制單元200可包含控制面板215，其包括用戶激活的開關213和用戶接口225，其可用以操作火炬系統50?？刂泼姘?15還可包含(例如)故障燈230 (例如，LED指示燈)、電流/壓力選擇按鈕235、刻度盤240和/或切割類型旋鈕245。盡管使用旋鈕和按鈕來展示控制面板215的某些特征，但可使用任何類型的機構，例如刻度盤、旋鈕、按鈕、滑動條、切換鍵、按鍵、觸摸屏、開關或其任何組合。安置在控制面板215上的顯示器可向用戶提供關于便攜式等離子弧切割系統200的信息，且可具有至少兩種模式。操作模式可顯示關于等離子弧切割系統200的操作數據，例如切割電流、氣體壓力、氣流速率、切割類型或其任何組合。服務模式可顯示關于等離子弧切割系統200的故障數據，例如故障代碼。
[0071]雖然大體上將火炬系統50說明并描述為僅具有一個氣體供應引線150，但其它配置是可能的。舉例來說，在一些實施例中，火炬系統50包含用于將多個氣體源連接到等離子弧火炬(例如通過多個等離子氣體供應線和多個線內電磁閥)的裝置。
[0072]雖然已大體參考手持型火炬描述了本文所述的系統和方法，但其它配置是可能的。舉例來說，在一些實施例中，所述火炬系統包含其它類型的火炬系統，例如自動化、機械化火炬(例如，連接到門架裝置的火炬)。
[0073]圖2是熱火炬系統(例如，等離子弧火炬系統50)的示范性硬件布局的示意圖，其說明從氣體源到等離子弧火炬的氣流路徑。參看圖2，從氣體源(例如，氣缸或壓縮器)208提供的例如等離子切割氣體(例如，氧氣、氮氣或氧氣、氮氣的混合物，或其它氣體)等氣體由(例如，控制單元200內)氣體控制臺處的氣體壓力調節器(或比例閥)206在設定壓力下調節。舉例來說，氣體壓力調節器206可經配置以在范圍從約50psi到約120psi(例如，約60psi到約80psi)的壓力下將氣體提供到引線150。
[0074]從氣體壓力調節器206，氣體流經第一氣體軟管區段152，其可具有各種長度中的任一者(例如，約20英尺到約150英尺長)。如上文所論述，壓力傳感器158可布置在第一氣體軟管區段152內。在第一氣體軟管區段152的端部，氣體流經線內閥156，其可呈電磁閥的形式(例如，可編程電控電磁閥)。如上文所論述，線內閥156可打開和關閉以限制或準許氣體流入閥外軟管154中。從線內閥156，氣體流到閥外軟管154，且隨后流到火炬100 上。
[0075]當在使用期間關閉時，線內閥156在第一氣體軟管區段152內形成一體積(例如，靜態體積)的氣體。當線內閥156關閉時，封閉也可在閥外軟管154內形成可衰減體積的氣體。就是說，當線內閥156關閉時，氣體停止流入閥外軟管154中，使得當先前在閥外軟管154內的氣體流出(例如，穿過火炬100)時，氣體的體積減小(衰減)，且閥外軟管154內的氣體壓力也減小。
[0076]基于線內閥156的封閉與閥外軟管154內(以及火炬100中)的氣體的壓力之間的此預期關系，可在使用期間選擇性地打開和關閉線內閥，以便改變閥外軟管154內的氣體壓力。改變閥外軟管內的氣體壓力可以若干有益方式用于操作等離子弧火炬。
[0077]實例引弧方法
[0078]在一些方面中，本文所述的等離子弧火炬系統可用以執行若干等離子引弧序列。舉例來說，在一些實施例中，可在等離子弧火炬在閥外軟管內的啟動期間，通過關閉線內閥以中斷相對較高切割流壓力來形成低預流氣體壓力條件，且當火炬中的壓力衰減時，可起始弧。舉例來說，(簡要參看圖1)當用戶試圖例如通過將火炬主體105的遠端110定位成接近于待切割工件來操作等離子火炬100時，用戶可接著按壓觸發器120以使用。被按壓的觸發器120可接著將信號發送到控制單元200 (例如，控制器204)以引燃等離子弧。一旦接收到此引燃信號，控制器204可操作火炬系統50 (例如，線內閥156和電極)，以執行本文所論述的各種等離子弧操作(例如，引燃)序列中的一者。
[0079]參看圖3，在一個實例等離子引弧方法(300)中，首先提供(302)具有帶線內閥(例如，線內閥156)的氣體供應引線(例如引線150)的火炬系統。線內閥使第一氣體軟管區段(例如，第一氣體軟管區段152)與第二氣體軟管區段(例如，閥外軟管154)分離。在一些實施例中，第一氣體軟管區段和第二氣體軟管區段是氣體遞送軟管的組件，所述氣體遞送軟管將導向氣流和切割氣流從等離子火炬控制單元攜帶到等離子火炬。
[0080]接下來，大體上在第一氣體軟管區段中捕獲一體積的氣體(304)。舉例來說，在一些實施例中，線內閥關閉(例如，使用控制器)，其在第一氣體軟管區段內捕獲靜態體積的氣體(例如，從氣體調節器206流出的氣體)。
[0081]接著在第二氣體軟管區段中建立可衰減體積的氣體(306)。舉例來說，在一些實施例中，當線內閥關閉時(例如，如上文相對于在第一氣體軟管區段中捕獲靜態體積的氣體所論述)，氣體停止流入第二氣體軟管區段中，這導致第二氣體軟管區段內的氣體體積隨著氣體流入火炬中而衰減。隨著第二氣體軟管區段內的氣體的可衰減體積減少，第二氣體軟管區段內(且因此火炬中)的壓力也大體上與所述體積成比例地減少。
[0082]接下來，可起始等離子弧(308)。舉例來說，一旦第二氣體軟管區段內的氣體的壓力減少到預定壓力范圍內的壓力值(例如，閾值壓力值)，就可引燃等離子弧(例如，使用電力供應的控制器)。其中可引燃弧的氣體壓力的預定范圍可基于正使用的火炬的類型和大小而變化。舉例來說，在一些情況下，預定范圍的下壓力值為約9psi，且預定范圍的上壓力值為約50psi (例如，約9psi到約50psi)。然而，也可在其它壓力下引燃等離子弧。
[0083]在一些實施例中，所述方法還包含以受控方式改變穿過所述等離子氣體供應弓I線到所述等離子弧切割火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于等離子切割的氣流速度。舉例來說，在引燃等離子弧之后，可打開線內閥，使得氣體可從氣體壓力調節器流動、穿過第一氣體軟管區段、穿過第二氣體軟管區段，且流入火炬中用于等離子切割。在線內閥重新打開的情況下，流經火炬的氣體的壓力可增加到接近從壓力調節器遞送以用于切割的氣體壓力或處于所述氣體壓力的壓力。然而，在一些情況下，火炬中的氣體壓力可例如因氣體遞送引線的長度而低于從壓力調節器遞送的氣體壓力。
[0084]在一些情況下，所述方法還包含經由多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到等離子弧切割火炬。每一等離子氣體供應線可具有其自已的專用線內閥(例如，線內電磁閥)。使用多個氣體供應線，可將多種氣體選擇性地遞送到火炬以供使用。
[0085]在一些實施例中，所述方法還包含用處理器(例如，數字信號處理器)來控制所述線內閥，所述處理器將輸出提供給所述線內閥，使得可基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
[0086]所述方法還可包含(例如，在弧起始之后)將線內閥或供應閥中的一者改變到第一位置(例如，打開位置)，借此調整到等離子弧切割火炬的氣體流，在第二氣體軟管區段中的瞬時壓力增加到切割壓力等級之后在第二氣體軟管區段中建立切割壓力，且使等離子弧電流增加到預定等級(例如，切割電流)。舉例來說，在一些實施例中，在建立導向弧后，可即刻打開線內閥，以因增加引線(例如，閥外軟管)中的氣體壓力而非?？焖俚貙⑶懈盍鳉怏w壓力提供到火炬。因此，可在小于所要切割電流的電流(例如，約20A到約50A)下引燃所述弧，而閥外軟管中的壓力小于所要切割壓力(例如，約9psi到約50psi)。一旦弧被引燃，就可接著使壓力和等離子弧電流增加到所要切割參數，例如約50A到約400A的切割電流以及約50psi到約IOOpsi的切割壓力。
[0087]所述方法還可用以估計引線的長度。舉例來說，在一些實施例中，線內閥的第一位置是打開位置，且線內閥的第二位置是關閉位置。在此些實施例中，所述方法可進一步包含測量所述第二區段中的所述壓力達到具有第一已知長度和內徑的等離子氣體供應引線的設定值的一比例的第一時間。就是說，已知長度和內徑可為所估計引線長度可與之進行比較的實例引線的長度和內徑。所述方法接著包含測量所述第二區段中的所述壓力達到為所述等離子氣體供應引線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間。使用測得的第一時間和測得的第二時間，可基于第二時間與第一時間之間的差估計(例如，計算)等離子氣體供應引線的長度。舉例來說，第二時間與第一時間之間的差通常與等離子氣體供應引線的第二已知長度與第一`已知長度中的氣體量之間的差成比例。
[0088]在一些實施例中，所述方法可進一步包含將所述線內閥改變到第一打開位置，借此增加到所述等離子弧切割火炬的所述氣體的流，使得所述第二氣體軟管區段中的瞬時壓力在穿過所述等離子弧切割火炬的等離子腔的壓力耗散之前增加。隨后，當所述第二區段中的瞬時壓力達到所述預定范圍內的壓力值時，可引燃所述等離子弧切割火炬。舉例來說，在一些實施例中，如果在火炬中的壓力下降到過低(例如，低于預定壓力范圍)的值之前未建立導向弧(例如，弧不發火)，那么線內閥可重新打開(例如，快速地重新打開)以用氣體重新填充閥外軟管，且接著關閉以重復引燃方法。舉例來說，圖4B描繪說明此些示范性引弧序列的實例時序圖。
[0089]引弧方法300還可包含如本文參考其它實例火炬操作方法和序列論述的額外步驟或特征中的一者或一者以上。
[0090]圖4A是說明如相對于上文所論述的方法300所論述的示范性引弧序列的實例時序圖。明確地說，圖4A說明第一氣體軟管區段內的氣體壓力P1、閥外軟管中的壓力P2,以及弧電流I。如所描繪，在時間^處，氣體控制臺(例如，氣體壓力調節器)處的閥和線內閥兩者均打開。在兩個閥均打開的情況下，可在正從壓力調節器釋放的氣體的壓力下或接近所述壓力，將氣體遞送到火炬。如所說明，在一些情況下，在兩個閥均打開的情況下，閥外軟管中的壓力P2小于第一氣體軟管區段中的壓力P1，例如因為貫穿氣體遞送引線的長度的頭端損失。
[0091]在時間&處，線內閥關閉，且因此，閥外軟管中的壓力P2開始下降。因此，閥外軟管中(以及等離子火炬中)的壓力P2也開始下降。當閥外軟管中的壓力P2達到預定壓力值(例如，閾值壓力值)時，控制器(例如，經由引燃控制臺)可嘗試例如通過將電流施加到電極來引燃等離子火炬內的弧。在時間&處，可引燃弧(由電流I增加反映)，且線內閥再次打開以轉變為切割參數。因為線內閥打開，閥外軟管中(且因此還有火炬中)的氣體壓力P2快速增加，且大體上等于其在第一氣體軟管區段中的壓力P1或接近所述壓力P1的穩定狀態壓力值。另外，在線內閥打開之后，弧電流I也增加到預定設定操作值(例如，切割電流)。
[0092]在一些情況下，有可能在時間t3處，閥外壓力過低而無法實現引弧，且弧不被引燃。因此，如果此情況發生，那么可再次打開線內閥，以增加閥外軟管中的壓力P2，且可重復上文所述的過程。舉例來說，圖4B中說明此重復過程，其中線內閥在tla、tlb、tlc, tld、tle、tlf處打開，且在t2a、t2b、t2。、t2d、t2e處關閉。在所示的實例中，弧在t3f處被成功起始之前，引弧失敗了若干次。
[0093]以此方式引燃等離子弧的優點是可在不使用單獨控制電路和額外氣體軟管(例如，僅專用于在引燃壓力下遞送氣體的軟管)的情況下提供閥外軟管中減小的壓力P2(其對引弧來說較理想)。另外，可實施這些方法，而沒有在控制單元或氣體控制臺中進行壓力或流量調整時由于閥外軟管的相對較短的已知長度而可導致的較長且可變延遲。另外，通常可使從較低引燃壓力到較高切割壓力的轉變比在遠程氣體控制臺或電力供應中進行改變的情況快得多。
[0094]實例引弧方法
[0095]圖5是說明另一示范性等離子弧火炬操作方法(500)的流程圖。在一些實施例中，可使用等離子弧火炬系統(例如上文所述的等離子弧火炬系統50)來實施火炬操作方法(500)。
[0096]首先，經由氣體供應引線(例如，引線150)將氣體供應到等離子火炬(例如，火炬100) (502)。舉例來說，氣體供應引線可包含線內閥(例如，線內閥156)，其使第一氣體軟管區段(例如，第一氣體軟管區段152)與第二氣體軟管區段(例如，閥外軟管154)分離。使用氣體供應引線，氣體(例如，切割氣體)可從氣體源(例如，經由控制單元200和氣體調節器206)流動，且經過引線流到火炬。
[0097]接下來，可關閉所述線內閥，以在閥外軟管中建立可衰減體積的氣體(504)。在一些情況下，可用處理器(例如將輸出提供給線內閥的數字信號處理器(例如，控制器204))來控制線內閥，使得基于來自數字信號處理器的輸出來控制線內閥。一旦線內閥關閉，隨后就可引燃等離子弧(506)。舉例來說，一旦閥外軟管中的壓力下降到預定范圍內的壓力值，就可引燃等離子弧(508)，類似于上文所論述的方法300。
[0098]或者，在一些實施例中，可關閉線內閥，使得大體上所有等離子氣體可逸出閥外軟管。接著，一旦大體上所有氣體均已逸出閥外軟管，就可打開線內閥，以增加閥外軟管內的壓力，例如以增加到用于引弧的預定壓力范圍內的壓力值(510)。簡要參看圖6，可通過使閥外軟管內的壓力P2選擇性地增加到所要壓力值來引燃所述弧。
[0099]在一些實施例中，起始等離子弧還包含將壓力調節器中的線內閥或供應閥中的一者改變到第一位置(例如，打開位置)，借此調整氣體向所述火炬的流動，在瞬時第二壓力增加到切割壓力等級時建立切割壓力，且使弧電流增加到預定電平。
[0100]還可使用線內閥來調整在引弧之后遞送到火炬的氣體的壓力。舉例來說，在一些實施例中，所述方法進一步包含以受控方式改變穿過所述等離子氣體供應線到所述火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于切割的氣體流速。
[0101]其中可引燃弧的氣體壓力的預定范圍可基于正使用的火炬的類型和大小而變化。舉例來說，在一些情況下，所述預定范圍的下壓力值為約9psi，且所述預定范圍的上壓力值為約50psi ο
[0102]在一些實施例中，所述方法還可包含通過各自具有專用線內電磁閥的多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到等離子弧火炬。使用多個氣體供應線，可將多種氣體選擇性地遞送到火炬以供使用。
[0103]引弧方法500還可包含如本文參考其它實例火炬操作方法和序列論述的額外步驟或特征中的一者或一者以上。
[0104]圖6是說明如相對于上文所論述的方法500所論述的示范性引弧序列的時序圖。明確地說，圖6說明在根據方法500的引弧序列期間，第一氣體軟管區段內的氣體壓力Pp閥外軟管中的壓力P2，以及弧電流I。
[0105]如圖6中所描繪，在時間tl處，氣體控制臺處的閥以及線內閥兩者均關閉。因此，氣體軟管中誘捕的氣體具有某一壓力P1，且閥外軟管中的氣體匕大約為環境壓力，因為線內閥限制來自氣體控制臺的氣體進入閥外軟管P2。在時間&處，打開線內閥，且氣體開始從氣體軟管流入閥外軟管中。因此，閥外軟管中(且因此還有火炬中)的壓力P2開始從大氣壓力增加。在較短的時間周期中，閥外軟管中的壓力P2達到最大值，且隨著引線中所誘捕氣體(即，經組合的氣體軟管與閥外軟管中的氣體)的總體積經由火炬流出而開始下降。當火炬中的壓力下降到預定閾值時，引燃控制臺嘗試引弧。在&處，引燃所述弧，且氣體控制臺處的氣體閥打開。
[0106]舉例來說，在弧被引燃且氣體控制臺處的氣體閥打開的情況下，可使弧電流增加到預定設定值，同時氣體壓力快速地增加到所要切割壓力?？烧{整氣體軟管中的所誘捕壓力的值P1以及氣體控制臺中的閥的打開的時序，以最優化用以增加火炬操作(例如，引弧可靠性)的所要壓力時序曲線的時序。
[0107]其它實例引弧方法
[0108]圖7是說明另一示范性等離子引弧方法(700)的流程圖。在一些實施例中，可使用等離子弧火炬系統(例如上文所述的等離子弧火炬系統50)來實施引弧方法(700)。
[0109]首先，可使等離子氣體經由具有配置在第一打開位置中的線內閥(例如線內閥156)的等離子氣體供應線(例如，引線150)流到等離子弧火炬(例如，火炬100)，借此在等離子氣體供應線的在線內閥與等離子弧火炬之間的區段(例如，閥外軟管154)中產生第一壓力(702)。舉例來說，在線內閥打開的情況下，因為閥外軟管正流體開放且連接到第一氣體軟管區段，因此閥外軟管內的壓力可處于或接近正從壓力調節器排出到第一氣體軟管區段中的氣體的相同壓力。[0110]接下來，可將線內閥的配置改變到第二關閉位置，以調整等離子氣體到等離子弧火炬的流動(704)。由于關閉線內閥，因此可在閥外軟管內產生隨時間變化的第二壓力。舉例來說，一旦線內閥關閉，由于閥外軟管內的氣體的體積減小，閥外軟管內的壓力就可隨時間而降低。
[0111]當變化的第二壓力達到預定范圍內的預定壓力值(例如，閾值壓力值)時，可起始等離子弧(706)。舉例來說，當第二壓力達到預定范圍(例如，約9psi到約50psi)內的所要壓力值時，火炬系統控制器可將信號發送到電極以進行引燃(例如，將電流發送到電極)。
[0112]引弧方法700還可包含如本文參考其它實例火炬操作方法和序列論述的額外步驟或特征中的一者或一者以上。
[0113]圖8是說明又一示范性等離子引弧方法(800)的流程圖。在一些實施例中，可使用等離子弧火炬系統(例如上文所述的等離子弧火炬系統50)來實施引弧方法(800)。
[0114]首先，經由具有線內閥(例如，線內閥156)的氣體遞送引線(例如，引線150)將氣體(例如，等離子/切割氣體)供應到火炬(例如，火炬100) (802)。舉例來說，可從火炬控制單元200的氣體控制臺(或氣體壓力調節器)206提供氣體。
[0115]接下來，可在閥外軟管(例如，閥外軟管154)中建立可衰減體積的氣體(804)。舉例來說，線內閥可關閉以限制氣體從第一氣體軟管區段152流入閥外軟管154中。因此，隨著氣體從閥外軟管流出且隨后流入火炬(例如，火炬100)中且流出火炬，閥外軟管中的氣體的體積開始減小(衰減)。
[0116]可接著在線內閥關閉時起始等離子弧(806)。舉例來說，一旦線內閥關閉且預期閥外軟管內的壓力下降到預定壓力范圍內的壓力等級(例如，閾值壓力)，就可起始弧。在一些實施例中，當第二壓力達到預定范圍(例如，約9psi到約50psi)內的所要壓力值時，火炬系統控制器可將信號發送到電極以進行引燃(例如，將電流發送到電極)。
[0117]引弧方法800還可包含如本文參考其它實例火炬操作方法和序列論述的額外步驟或特征中的一者或一者以上。
[0118]在一些實施例中，一旦使用上述方法中的一者或一者以上起始弧，就可在弧的起始之后以受控方式將經由等離子氣體供應線到等離子弧火炬的等離子氣體的壓力增加到切割流量。舉例來說，在弧被起始的情況下，可打開線內閥(或其中線內閥在引燃期間打開的引燃方法中的保持打開(或進一步打開))，使得閥外軟管內(且因此還有火炬中)的氣體壓力可增加(例如，增加到所要切割壓力)。
[0119]在一些實施例中，所述方法還可包含使弧電流增加到預定電平，將線內閥改變到第一打開位置以調整等離子氣體到等離子弧火炬的流動，且在第二壓力(例如，閥外軟管內的壓力)增加到穩定切割壓力等級時建立切割壓力。
[0120]所述方法還可包含經由多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到等離子弧切割火炬，每一等離子氣體供應線具有一線內電磁閥。使用多個氣體供應線，可將多種氣體選擇性地遞送到火炬以供使用。
[0121]在一些實施例中，所述方法還包含用處理器(例如，數字信號處理器)來控制所述線內閥，所述處理器將輸出提供給所述線內閥，使得可基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
[0122]滅弧[0123]在一些實施例中，可減少閥外軟管中的氣體的壓力和等離子弧電流以熄滅等離子弧火炬。舉例來說，可關閉線內閥，以允許閥外軟管中捕獲的氣體的體積的壓力以所要速率減小(衰減)，同時還結合衰減壓力而減小(例如，斜降(例如，以階梯序列斜降))等離子弧電流。
[0124]圖9是說明使用具有火炬(例如，火炬100)的等離子火炬系統(例如，火炬系統50)的示范性滅弧序列的時序圖，所述火炬具有氣體供應引線(例如，引線150)，其具有線內閥(例如，線內閥156)。明確地說，圖9說明第一氣體軟管區段內的氣體壓力P1、閥外軟管中的壓力P2，以及弧電流I。
[0125]如所描繪，在使用(例如，切割操作)期間，閥外軟管中的壓力P2處于或接近第一氣體軟管區段內的壓力P1，因為線內閥打開，使得第一氣體軟管區段和閥外軟管打開，且彼此流體連接。然而，如上文參考實例引弧過程所提到，在穩定狀態切割操作期間，閥外軟管中的壓力P2可小于第一氣體軟管區段中的壓力P1,因為隨著氣體流經氣體供應引線會有壓力損失(例如，頭端損失)。如所說明，在14處，線內閥可關閉，使得隨著閥外軟管中的氣體的體積衰減，閥外軟管中的壓力P2(且因此火炬中的壓力)開始下降。如圖所示，弧電流可斜降(例如，以間隔階梯下降)，使得弧電流和閥外軟管中的壓力P2彼此對應而降低。
[0126]舉例來說，在一些實施例中，(簡要參看圖1)當用戶釋放觸發器120以停止切割操作時，控制器(例如，控制器204)可用信號通知線內閥156和火炬電力供應，以降低進入火炬100的氣體壓力，并且減少電極處的等離子弧電流。在一些情況下，控制器204可關閉線內閥156，同時大體上同時減小正發送到電極的電流。
[0127]火炬引線長度感測
[0128]在一些方面中，可通過監視(例如，測量)引線中的壓力(例如，第一氣體軟管區段152內的壓力)，同時填充或排空引線(例如，第一氣體軟管區段152)并隨后將第一氣體軟管區段內的壓力改變速率與已知預定引線長度的速率進行比較，來確定氣體供應引線的長度(例如，第一氣體軟管區段152的長度153的長度)。或者，第一氣體軟管區段內的測得壓力下降到預定壓力的持續時間也可用于估計引線長度。
[0129]明確地說，通常預期具有較長第一氣體軟管區段的火炬引線將花費較長的時間周期來加壓到處于或接近正由氣體供應(例如，氣體壓力調節器206)提供的氣體壓力的所要壓力。因此，通過監視加壓第一氣體軟管區段所需的時間，可估計長度。在一些情況下，控制單元的控制器可基于時間監視第一氣體軟管內的壓力，且將測得壓力與具有已知第一氣體軟管區段的引線的已知時間-壓力輪廓進行比較(例如，通過參考查找表或數據庫)，以估計引線的長度?？刂破髟诩訅阂€(例如，第一氣體軟管區段)以供使用(例如，本文所述的引燃方法)時可考慮此長度信息。舉例來說，在一些情況下，可使用長度信息來確定用于打開和關閉線內閥以更改閥外軟管內(以及火炬中)的壓力的所要壓力偏移(例如，貫穿引線的壓力損失)或時間偏移。
[0130]另外，通過在規則基礎上使用線內閥156和壓力傳感器158來確定第一氣體軟管區段體積和對應長度，可調整提供一致火炬壓力所要的壓力偏移以考慮變化，例如小引線限制或泄漏，以及標準長度改變。
[0131]在一些實施例中，可以規則間隔執行且隨時間過去而跟蹤此過程，以警告或通知用戶氣體軟管體積特性的逐漸或突然改變。此些改變可用作氣體軟管正泄漏或以其它方式受損的指示。
[0132]舉例來說，在一些實施例中，上文所述的火炬操作或引燃方法中的一者或一者以上可進一步包含測量第二壓力(例如，閥外軟管內的壓力)達到等離子氣體供應線的第一已知長度和內徑的設定值的一比例的第一時間，以及測量第二壓力達到等離子氣體供應線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間。一旦測得第一時間和第二時間，就可基于第二時間與第一時間之間的差計算等離子氣體供應引線的長度，其中第二時間與第一時間之間的差與等離子氣體供應引線的第二已知長度與第一已知長度中的氣體的量之間的差成比例。
[0133]舉例來說，圖10說明呈反映火炬引線的總長度如何影響加壓第一氣體軟管區段所需的時間的時序圖的形式的測試結果。明確地說，使用氣體控制臺對25英尺第一氣體軟管區段和100英尺第一氣體軟管區段進行加壓，且測量相對于時間而增加的第一氣體軟管區段的內部壓力P:。 [0134]如圖10中所描繪，在時間h處，氣體控制臺處的閥和線內閥兩者關閉，使得第一氣體軟管區段內的計示壓力P1為O。在時間t2處，氣體控制臺處的閥打開，同時線內閥保持關閉。一旦氣體控制臺處的閥打開，第一氣體軟管區段的內部壓力P1就針對兩個引線長度而快速增加。在時間t3處，25英尺長第一氣體軟管區段的內部壓力P1達到預定設定值(例如，正由氣體控制臺產生的氣體壓力的壓力)的90%。然而，如圖所示，對于100英尺氣體軟管，直到時間t4( 即，其長于時間t3)，第一氣體軟管區段的內部壓力P1才達到預定設定值的90%。預期觀察到的t3與t4之間的差是歸因于氣體軟管的與氣體軟管長度成正比的氣體軟管體積容量的差。就是說，由于較長氣體軟管內存在較大體積，因此通常需要額外時間來用足以升高壓力的氣體量填充較大體積。因此，通過監視針對任何給定火炬引線長度第一氣體軟管區段的內部壓力P1達到預定設定值的90%所需的時間，可識別火炬氣體軟管長度(例如，使用觀察到的壓力輪廓來估計)。下文在表1中展示上文所述的測試的觀察到的測試結果。
[0135]表1
【權利要求】
1.一種起始等離子切割系統中的等離子弧的方法，所述方法包括: 提供等離子氣體供應引線，其在電力供應與等離子弧切割火炬之間延伸，所述引線包括接近于所述電力供應的第一區段以及接近于所述火炬的第二區段，以及所述引線內在所述第一區段與所述第二區段之間的線內閥； 通過控制器選擇性地關閉所述線內閥，以在所述第一區段中捕獲靜態體積的氣體； 在所述第二區段中建立可衰減體積的氣體；以及 當所述可衰減體積的壓力達到預定范圍內的壓力值時，起始所述等離子弧。
2.根據權利要求1所述的方法，其中: (a)所述第一區段和所述第二區段是運載導向氣流和切割氣流的軟管的一部分； (b)所述起始步驟之后是以下步驟: 將所述線內閥或供應閥中的一者改變到第一位置，借此調整所述氣體到所述等離子弧切割火炬的流動； 在所述第二區段中的瞬時壓力增加到切割壓力等級之后，在所述第二區段中建立切割壓力；以及 使等離子弧電流增加到 預定電平；或 (C)所述線內閥的第一位置為打開，且所述線內閥的第二位置為關閉，所述方法進一步包括: 測量所述第二區段中的所述壓力達到所述等離子氣體供應引線中的所述氣體的第一已知長度和內徑的設定值的一比例的第一時間； 測量所述第二區段中的所述壓力達到所述等離子氣體供應引線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間；以及 基于所述第二時間與所述第一時間之間的差，計算所述等離子氣體供應引線的長度，其中所述第二時間與所述第一時間之間的所述差和所述等離子氣體供應引線的所述第二已知長度中的氣體量與所述第一已知長度中的氣體量之間的差成比例。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其進一步包括以下各項中的至少一者: (a)以受控方式改變穿過所述等離子氣體供應引線到所述等離子弧切割火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于等離子切割的氣體流動速率； (b)通過多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到所述等離子弧切割火炬，每一等離子氣體供應線具有線內電磁閥； (C)用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥；或 (d)將所述線內閥改變到第一位置，借此增加所述氣體到所述等離子弧切割火炬的流動，使得所述第二區段中的瞬時壓力在穿過所述等離子弧切割火炬的等離子腔的壓力耗散之前增加；以及 當所述第二區段中的所述瞬時壓力達到所述預定范圍內的值時，引燃所述等離子弧切割火炬。
4.一種等離子切割系統，其包括: 電力供應； 火炬；等離子氣體供應引線，其從氣體供應延伸到所述火炬，且包括接近于所述電力供應的第一區段以及接近于所述火炬的第二區段；以及 線內閥，其定位于所述引線中在所述第一區段與所述第二區段之間， 控制器，其可編程以控制所述線內閥的位置，使得所述線內閥可由所述控制器選擇性地關閉，以(a)在所述第一區段中捕獲靜態體積的氣體，且(b)在所述第二區段中建立可衰減體積的氣體。
5.根據權利要求4所述的等離子切割系統，其中: (a)所述控制器經編程以在所述可衰減體積的壓力達到預定范圍內的壓力值時，起始所述等離子?。? (b)所述第一區段和所述第二區段是將導向氣流和切割氣流提供給所述等離子切割系統的軟管的一部分；或 (c)所述控制器經編程以用受控方式改變穿過所述等離子氣體供應線到所述等離子弧火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流動速率。
6.根據權利要求4或5所述的等離子切割系統，其進一步包括以下各項中的至少一者: (a)所述等離子氣體供應引線的所述第二區段中的壓力傳感器；或 (b)用于通過多個等離子氣體供應線和多個線內電磁閥將多個氣體源連接到所述等離子弧火炬的構件。
7.根據權利要求5所述的等離子切割系統，其中所述控制器經編程以在瞬時第二壓力達到預定壓力等級時終止等離子弧。
8.一種用于操作等離子火炬系統的方法，所述等離子火炬系統包含通過引線耦合到火炬的等離子電力供應、位于所述引線中的線內閥，以及所述引線的位于所述線內閥與所述火炬之間的界定閥外軟管區段的部分，所述方法包括: 通過所述引線將氣體供應到所述火炬； 選擇性地關閉所述線內閥，以在所述閥外軟管區段中建立可衰減體積的氣體；以及 當所述火炬處的所述氣體的壓力達到預定范圍內的壓力值時，通過以下步驟起始所述火炬中的等離子弧: 使在所述線內閥與所述火炬之間捕獲的氣體的體積的壓力能夠耗散到所述壓力值；或 打開所述線內閥以釋放上游調節器閥與所述線內閥之間誘捕的氣體的體積，并且使所述閥外區段中的所述氣體的壓力能夠增加到所述壓力值。
9.根據權利要求8所述的方法，其進一步包括以下各項中的至少一者: (a)關閉所述線內閥以允許在所述閥外軟管區段中捕獲的氣體的體積的壓力以選定速率衰減，同時結合所述衰減壓力而斜降等離子弧電流； (b)以受控方式改變穿過所述等離子氣體供應線到所述火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于切割的氣體流動速率； (c)通過多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到所述等離子弧火炬，每一所述等離子氣體供應線具有專用線內電磁閥；或 (d)用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其中所述起始步驟進一步包括: 將所述線內閥或供應閥中的一者改變到第一位置，借此調整所述氣體到所述火炬的流動； 在瞬時第二壓力增加到切割壓力等級時，建立切割壓力；以及 使弧電流增加到預定電平。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述預定范圍的下壓力值為約9psi，且所述預定范圍的上壓力值為約50psi。
12.一種用于起始等離子弧火炬中的等離子弧的方法，所述方法包括: 使等離子氣體穿過等離子氣體供應線以及所述等離子氣體供應線內第一位置中的線內閥流動到所述等離子弧火炬，借此在所述等離子氣體供應線的在所述線內閥與所述等離子弧火炬之間的區段中產生第一壓力； 將所述線內閥改變到第二位置，以調整所述等離子氣體到所述等離子弧火炬的流動，并且在所述線內閥與所述等離子弧火炬之間的所述區段中產生隨時間變化的第二壓力；以及 在所述變化的第二壓力達到預定范圍內的壓力值時，起始等離子弧。
13.根據權利要求12所述的方法，其進一步包括以下各項中的至少一者: (a)在所述弧起始之后，以受控方式將穿過所述等離子氣體供應線到所述等離子弧火炬的所述等離子氣體的壓力增加到切割流量； (b)通過多個等離子氣體供應線將多個氣體源連接到所述等離子弧火炬，每一所述等離子氣體供應線具有專用線內電磁閥；或 (c)用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其中: (a)所述起始步驟進一步包括以下步驟: 使弧電流增加到預定電平； 將所述線內閥改變到第一位置，借此調整所述等離子氣體到所述等離子弧火炬的流動；以及 在所述第二壓力增加到穩定切割壓力等級時，建立切割壓力；或 (b)所述線內閥的所述第一位置為打開，且所述線內閥的所述第二位置為關閉，所述方法進一步包括: 測量所述第二壓力達到所述等離子氣體供應線的第一已知長度和內徑的設定值的一比例的第一時間； 測量所述第二壓力達到所述等離子氣體供應線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間；以及 基于所述第二時間與所述第一時間之間的差，計算所述等離子氣體供應引線的長度，其中所述第二時間與所述第一時間之間的所述差和所述等離子氣體供應引線的所述第二已知長度中的氣體量與所述第一已知長度中的氣體量之間的差成比例。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述預定范圍的下值為大約9psi，且所述預定范圍的上值為大約50psi。
16.一種用于起始等離子火炬系統的方法，所述等離子火炬系統包含通過引線耦合到火炬的等離子電力供應、位于所述引線中的線內閥，以及所述引線的位于所述線內閥與所述火炬之間的界定閥外軟管區段的部分，所述方法包括: 通過所述引線將氣體供應到所述火炬； 關閉所述線內閥，以在所述閥外軟管區段中建立可衰減體積的氣體；以及 在所述線內閥關閉的同時起始所述火炬中的等離子弧。
17.根據權利要求16所述的方法，其進一步包括以下各項中的至少一者: (a)通過多個引線將多個氣體源連接到所述火炬，每一所述引線具有線內電磁閥； (b)用數字信號處理器來控制所述線內閥，所述數字信號處理器將輸出提供給所述線內閥，使得基于來自所述數字信號處理器的所述輸出來控制所述線內閥；或 (c)以受控方式改變穿過所述引線到所述火炬的所述氣體的壓力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流動速率。
18.根據權利要求16或17所述的方法，其中: (a)所述起始步驟進一步包括以下步驟: 將所述線內閥改變到第一位置，借此調整所述氣體到所述火炬的流動； 在所述閥外軟管區段中的瞬時壓力增加到切割壓力等級時，建立切割壓力；以及使弧電流增加到預定電平；或 (b)所述線內閥的第一位置為打開，且所述線內閥的第二位置為關閉，所述方法進一步包括: 測量所述閥外軟管區段中的壓力達到所述引線的第一已知長度和內徑的設定值的一比例的第一時間； 測量所述閥外軟管區段中的壓力達到所述引線的第二已知長度和內徑的設定值的一比例的第二時間；以及 基于所述第二時間與所述第一時間之間的差，計算所述等離子氣體供應引線的長度，其中所述第二時間與所述第一時間之間的所述差和所述等離子氣體供應引線的所述第二已知長度中的氣體量與所述第一已知長度中的氣體量之間的差成比例。
【文檔編號】B23K10/00GK103769731SQ201310495622
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2012年10月19日
【發明者】喬納森·馬瑟, 黎明·陳, 羅斯·安格斯·史密斯 申請人:海別得公司