專利名稱：：利用等離子電弧焊炬在水下標(biāo)記工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本申請涉及被構(gòu)造為在水下工作的等離子電弧焊炬及相關(guān)聯(lián)的方法。
背景技術(shù)：
：利用等離子電弧焊炬進行的切割有時在水下進行，以減小等離子切割相關(guān)聯(lián)的噪聲，并且將切割過程對外界的不利影響減到最小。水束縛了等離子體產(chǎn)生的排放物和通過切割產(chǎn)生的微粒，否則這些排放物和微粒將釋放到空氣中。另外，水下切割減少有害閃光、紫外光輻射和噪聲的量，否則工人將暴露于這些有害的閃光、紫外光輻射和噪聲。
發(fā)明內(nèi)容然而迄今為止，并沒有針對標(biāo)記而實現(xiàn)等離子電弧焊炬的水下操作的優(yōu)點。本公開在一個方面描述了一種對工件操作等離子電弧焊炬的方法。該方法包括將所述工件的表面浸沒到水下；利用所述等離子電弧焊炬產(chǎn)生等離子電?。灰约耙詺饬鞔笾掳鼑龅入x子電弧。在一些實施方式中，可以使所述工件的表面浸沒在水下至少二O)英寸。在一些實施方式中，該方法還包括將所述等離子電弧焊炬的至少一部分浸沒到水下；以及將由所述氣流大致包圍的所述等離子電弧對準(zhǔn)在被浸沒在水下的所述工件的表面上。該方法還包括利用所述等離子電弧來標(biāo)記被浸沒在水下的所述工件的表面，使所述等離子電弧僅刺入所述工件的厚度的一部分。在標(biāo)記所述工件的操作期間用于產(chǎn)生所述等離子電弧的電流可以是八(8)到三十五(35)安之間。在一些實施方式中，該方法還包括如通過利用安裝在所述等離子電弧焊炬的主體上的空氣簾裝置而將按照圍繞所述等離子電弧焊炬的主體和沿所述等離子電弧焊炬的主體中的至少一種方式引導(dǎo)所述氣流，由此產(chǎn)生大致包圍所述等離子電弧的回旋的保護性空氣簾。因而，該方法還可以包括在所述等離子電弧焊炬的噴嘴與所述空氣簾裝置之間引導(dǎo)所述氣流，使所述氣流從在所述噴嘴和所述空氣簾裝置之間限定的排出口排出。在附加實施方式中，該方法還可以包括利用由所述等離子電弧焊炬產(chǎn)生的所述等離子電弧向完全切割穿過所述工件的厚度，并且這可以在標(biāo)記操作之后在水下進行。在切割所述工件的操作期間用于產(chǎn)生等離子體電弧的電流可以是三十(30)到七百五十(750)安之間。所述方法可以還包括至少在標(biāo)記所述工件和切割所述工件的操作期間，使所述氣流始終維持在大致恒定的流速。另外，在標(biāo)記所述工件的操作和切割所述工件的操作之間，可以不需要用另一噴嘴來替換所述等離子電弧焊炬的噴嘴。在對實施方式進行了概括描述后，下面將提及附圖，這些附圖不一定是按比例繪制的，其中圖IA例示了根據(jù)示例性實施方式的濕式工作臺的頂視圖；圖IB例示了圖IA的根據(jù)示例性實施方式的濕式工作臺的側(cè)視圖2例示了根據(jù)示例性實施方式的空氣簾裝置；圖3例示了根據(jù)示例性實施方式的干式工作臺；圖4例示了空氣簾裝置的另選的示例性實施方式；以及圖5例示了根據(jù)示例性實施方式的對工件操作等離子電弧焊炬的方法。具體實施例方式下面將參照附圖更全面地描述用于在水下標(biāo)記工件的裝置和方法，其中示出了一些但不是全部實施方式。實際上，本公開可以按照很多不同形式來實施，并且不應(yīng)當(dāng)解釋為限于這里所闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式是為了使得本公開能夠滿足適用的法律要求。相同附圖標(biāo)記始終表示相同的要素。使用等離子電弧焊炬的一個常見操作是切割，其中由等離子電弧焊炬產(chǎn)生的等離子電弧完全切割穿過工件。以前，一種等離子電弧切割方法是使用濕式工作臺(watertable)在水下切割工件。諸如圖IA至圖IB所例示的濕式工作臺10的實施方式的濕式工作臺可以包括具有格柵14的高架水盆12，格柵14中具有多個金屬條16。格柵14支承將被操作的工件。在操作前，濕式工作臺10注水或者使格柵14下降，使得工件被浸沒在水中。在水平面升高的濕式工作臺的實施方式中，可以通過將水泵入濕式工作臺或?qū)嚎s空氣流入腔室中從而排水，由此造成水平面上升。在工件被浸沒之后，將等離子電弧焊炬的頭部也浸沒到水中。在切割期間，切割區(qū)域附近的氣流形成“空氣簾”或者“氣泡”。這保護了等離子電弧不被水熄滅。使用這種構(gòu)造，切割產(chǎn)生的氣體排放可以被水捕捉。另外，可以減小由切割操作產(chǎn)生的噪聲和紫外光輻射。盡管可以由不同類型的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生空氣簾，但是為了例示的目的，圖2例示了空氣簾裝置120的一個實施方式。此外，盡管將該裝置描述為連接至等離子電弧焊炬的附加結(jié)構(gòu)，但是也可以將該裝置與等離子電弧焊炬制造成一體。如圖2所示，示例裝置120包括由諸如鍍鉻黃銅的材料制成的圓筒狀支承體122。圓筒狀支承體122包括分裂開的上部124，該上部形成了夾圈。內(nèi)六角螺釘(未示出)將夾具的兩側(cè)連接到一起以將圓筒狀支承體122固定到等離子電弧焊炬100的外表面(用虛線示出)。圓筒狀支承體122按照與由等離子電弧焊炬100限定的焊炬主體110分隔開的方式延伸，并且形成環(huán)形開口130。在圓筒狀支承體122和等離子電弧焊炬100之間設(shè)置了絕緣套132，以便使圓筒狀支承體122與弧炬主體110絕緣。在這個方面，絕緣套132可以由低級酚醛樹脂(lowgradephenolic)制成。絕緣套132可以固定到圓筒狀支承體122的內(nèi)表面。0形圈134固定到絕緣套132的內(nèi)部凹槽中，并且?guī)椭鷮⒔^緣套固定到弧炬主體110。在安裝期間，可以將圓筒狀支承體122和絕緣套132滑動到弧炬主體110上并如圖2中示出的那樣設(shè)置。圓筒狀套管140被納入圓筒狀支承體122的環(huán)形開口130中。圓筒狀套管140可以由陽極化鋁制成以形成重量輕但抗腐蝕的堅固結(jié)構(gòu)。圓筒狀套管140沿著弧炬主體110的前端按照與弧炬主體110分隔開的方式延伸以限定環(huán)狀氣室142，環(huán)狀氣室142沿著弧炬主體110的前端延伸并且與等離子電弧焊炬100的噴嘴112相鄰地形成環(huán)形排出口144。圓筒狀套管140的后部被容納在環(huán)形開口130中。0形圈146固定在環(huán)形凹槽148中，并且?guī)椭鷪A筒狀套管140保持在圓筒狀支承體122。由圓筒狀套管140限定的排出口144可以在約1/32英寸到約1/16英寸之間。如圖2進一步例示的，圓筒狀支承體122的下部直徑放大以保證足夠的空間來形成設(shè)置0形圈146的環(huán)形槽148。至少一個空氣通道孔150也從直徑放大的部分延伸穿過圓筒狀支承體122和圓筒狀套管140?？諝馔ǖ揽?50終止于環(huán)狀氣室142處并且允許高速氣體以圍繞和/或沿著弧炬主體110的前端旋轉(zhuǎn)并通過排出口144的方式注入環(huán)狀氣室142，以產(chǎn)生均勻形成的保護性空氣簾。圓筒狀支承體122的直徑放大部分上安裝了空氣配件152，該空氣配件與空氣通道孔150連通。標(biāo)準(zhǔn)軟管(未示出)被擰入空氣配件中并提供高速氣體源。圓筒狀支承體122的內(nèi)表面與圓筒狀套管140之間限定了放大的空氣增壓室154。因而，高速氣體首先被注入空氣增壓室154中，之后再進入環(huán)狀氣室142中。環(huán)狀氣室142還包括放大的空氣增壓室156，空氣被注入到放大的空氣增壓室156中，然后向下方穿過環(huán)狀的空氣通道142。弧炬主體110具有環(huán)形凹槽158，該環(huán)形凹槽158形成了放大的空氣增壓室156。在操作期間，高速氣體如上所述地排放到空氣通道孔150中并排放到第一增壓室154中。在一個實施方式中，氣體被分配到增壓室154中，并且接著移動穿過正切地延伸到第二增壓室腔154中的多個均勻隔開的孔150。正切地傾斜的孔150提供了增壓室156內(nèi)的旋轉(zhuǎn)氣流。高速氣體圍繞并沿著弧炬主體110向下旋轉(zhuǎn)通過環(huán)狀空氣通道142，并且通過開口144排出以形成等離子電弧的保護性空氣簾。旋轉(zhuǎn)的高速氣體形成均勻分布的空氣簾，空氣簾使得水不能流入切割區(qū)域中。另外，旋轉(zhuǎn)的高速氣體在離開出口144之后向外膨脹，并且這樣形成的空氣簾的直徑大于使用其它構(gòu)造可能實現(xiàn)的空氣簾的直徑。因而，與其它構(gòu)造相比，水更不易于流入切割區(qū)域中。因此，使用如上所述的空氣簾裝置的實施方式，可以進行水下切割。然而，用過的水的排出以及濕式工作臺的清潔所需要的費用和工作導(dǎo)致行業(yè)轉(zhuǎn)向使用干式(drytable)工作臺。如圖3例示的干式工作臺210的實施方式的干式工作臺一般依賴于下吸式系統(tǒng)，其中在增壓室276的頂部設(shè)置了包括多個金屬條216的格柵214，該系統(tǒng)被配置成使由切割操作發(fā)出的煙霧從正在被操作的工件218向下吸并通過排氣管222。之后，可以先對煙霧進行過濾或其他處理，然后再排放到外界。然而，在處理排放出的煙霧方面，使用干式工作臺可能效率較低。另外，干式工作臺煙霧去除系統(tǒng)也是昂貴的，并且不能減少在切割期間產(chǎn)生的噪聲或減少等離子電弧的紫外光發(fā)射。因此，存在返回使用濕式工作臺進行水下切割的趨勢，特別是在歐洲，一些區(qū)域具有比美國更嚴(yán)格的污染限制。然而，如下面將要說明的，由于在水上進行，因而作為利用等離子電弧焊炬進行的另一種一般操作的標(biāo)記(marking)到目前為止使得濕式工作臺的使用復(fù)雜化。標(biāo)記是這樣一種操作，其中等離子電弧僅在工件的厚度方向上淺淺地刺入工件中。為了實現(xiàn)這一點，標(biāo)記使用了與進行切割時使用的電流相比相對弱的電流。例如，使用等離子電弧焊炬進行切割可能涉及對三十(30)到七百五十(750)安范圍內(nèi)的電流的使用，而標(biāo)記可能涉及對八(8)到三十五(35)安范圍內(nèi)的電流的使用。由于使用如此弱的電流，在進行標(biāo)記期間產(chǎn)生的煙霧、噪音和光發(fā)射可明顯小于由切割產(chǎn)生的煙霧、噪音和光發(fā)射。因此，沒有動機在水下進行標(biāo)記。此外，以前未預(yù)期到具有標(biāo)記電流的等離子電弧能夠在水下工作。在這個方面，甚至本申請的發(fā)明人也對等離子電弧能使用標(biāo)記電流在水下工作產(chǎn)生過懷疑。發(fā)明人擔(dān)心弱電流電弧將被水熄滅。當(dāng)發(fā)明人試圖在水下使用缺少空氣簾裝置的等離子電弧焊炬進行標(biāo)記時證實了這些擔(dān)心，并且發(fā)現(xiàn)等離子電弧不穩(wěn)定并且具有熄滅的趨勢。發(fā)明人猜想當(dāng)弱電流等離子電弧與空氣簾結(jié)合使用時低電流等離子電弧將類似地熄滅。這種預(yù)期是基于發(fā)明人的以下認(rèn)識而得出的當(dāng)使用空氣簾時，仍有一些水濺射在空氣簾內(nèi)部周圍，并且工件的表面仍然是濕的。盡管發(fā)明人具有懷疑，但是仍然使用具有空氣簾裝置的等離子電弧焊炬進行了實驗。圖4例示了實驗中使用的具有空氣簾裝置320的等離子電弧焊炬300的實施方式。盡管空氣簾裝置320與圖2中示出并在上面描述的空氣簾裝置120不同，但是功能和操作的原理是大致相同的。例如，氣流通過空氣配件352進入空氣簾裝置320并且被圍繞和/或沿著弧炬主體310引導(dǎo)以由此產(chǎn)生將等離子電弧焊炬300產(chǎn)生的等離子電弧大致包圍起來的旋轉(zhuǎn)的保護性空氣簾。之后，氣體在離子電弧焊炬300的噴嘴312與空氣簾裝置320的套管340之間被引導(dǎo)。最終，氣流從環(huán)形的排出口344排出以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的保護性空氣簾。令發(fā)明人吃驚的是，盡管使用了用于進行標(biāo)記的電流，但是在空氣簾內(nèi)產(chǎn)生了穩(wěn)定的等離子電弧。因而，等離子電弧焊炬能夠?qū)ぜM行標(biāo)記。因此，開發(fā)出了如圖5例示的一種對工件操作等離子電弧焊炬的方法。該方法包括將工件的表面浸沒在水下的操作402。此外，如操作404指示的，該方法可以包括使工件浸沒在水下至少2英寸。另外，該方法包括使用等離子電弧焊炬產(chǎn)生等離子電弧的操作404以及以氣流大致包圍等離子電弧的操作408。該方法還包括將等離子電弧焊炬的至少一部分浸沒在水下的操作410。例如，可以至少將噴嘴浸沒在水下。另外，該方法可以包括將被氣流大致包圍的等離子電弧對準(zhǔn)在被浸沒在水下的工件的表面的操作412。此外，該方法包括以等離子電弧對被浸沒在水下的工件的表面進行標(biāo)記的操作414，其中等離子電弧僅刺入工件的厚度的一部分。在一個實施方式中，在對工件進行標(biāo)記的操作414期間被用于產(chǎn)生等離子電弧的第一電流可以在八(8)到三十五(35)安的范圍內(nèi)。對于以氣流大致包圍等離子電弧的操作408，該方法還可以包括按照圍繞等離子電弧焊炬的主體和沿著等離子電弧焊炬的主體中的至少一種方式引導(dǎo)氣流以由此產(chǎn)生大致包圍等離子電弧的旋轉(zhuǎn)的保護性空氣簾的操作418。此外，在操作420，安裝在等離子電弧焊炬的主體上的空氣簾裝置可以圍繞和/或沿著等離子電弧焊炬的主體引導(dǎo)氣流。例如，可以使用圖2和圖4例示的空氣簾裝置120和320。另外，在操作422，可以將氣流引導(dǎo)到噴嘴(例如，噴嘴112或者312)和空氣簾裝置之間。之后，在操作424，可以將氣流引導(dǎo)出在噴嘴和空氣簾裝置之間限定的排出口(例如，環(huán)形排出口144、344)。此外，該方法可以包括利用由等離子電弧焊炬產(chǎn)生的等離子電弧完全切割穿過工件的厚度的操作426。由于工件在被切割后可能移動位置，因此切割操作似6可以在標(biāo)記操作414之后進行，盡管其它操作順序也是可能的。切割操作似6可以使用三十(30)到七百五十(750)安之間的電流以產(chǎn)生等離子電弧。此外，如在操作430提到的，切割操作426可以在水下進行。如操作434所示，至少在標(biāo)記操作414和切割操作4期間，可以將氣流始終保持在大致恒定的流速。另外，在對工件進行標(biāo)記的操作414和對工件進行切割的操作4之間不需要用其它噴嘴來替換噴嘴。因此，提供了進行標(biāo)記的方法和與切割相結(jié)合地進行標(biāo)記的方法。水下進行標(biāo)記的方法提供了由于上述原因而至今未實現(xiàn)的相當(dāng)大的效率優(yōu)點?，F(xiàn)在，由于標(biāo)記和切割均在水下進行，不需要在標(biāo)記步驟和切割步驟之間相對于工件而升高或降低水平面。以前，由于使用等離子電弧焊炬在水下進行標(biāo)記的方法不可用，所以必須在水上進行標(biāo)記，這就涉及了根據(jù)操作的順序而在切割和標(biāo)記之間升高或降低水平面。此外，由于使用單個噴嘴并且針對標(biāo)記步驟和切割步驟兩者的空氣簾都使用了相同的氣流流速，可以出現(xiàn)從標(biāo)記到切割以及從切割到標(biāo)記的迅速改變。因此，本文中提出的方法實現(xiàn)了能夠在水下切割和標(biāo)記的未預(yù)期到的結(jié)果，由于不需要降低或者升高水平面，因而可以明顯地節(jié)約成本。此外，如上所述，該方法實現(xiàn)了降低煙霧、光和噪音污染的優(yōu)點。憑借以上說明和附圖提供的教導(dǎo)，實施方式所屬的
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員將想到很多變型例和其它實施方式。因此，應(yīng)當(dāng)理解，旨在將變型例和其它實施方式包括在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管在本文中采用了特定術(shù)語，但這些術(shù)語的使用僅是為了一般的描述目的，并不是出于限制的目的。權(quán)利要求1.一種對工件操作等離子電弧焊炬的方法，該方法包括將所述工件的表面浸沒到水下；利用所述等離子電弧焊炬產(chǎn)生等離子電?。灰詺饬鞔笾掳鼑龅入x子電??；將所述等離子電弧焊炬的至少一部分浸沒到水下；將被所述氣流大致包圍的所述等離子電弧對準(zhǔn)被浸沒在水下的所述工件的表面處；以及利用所述等離子電弧來標(biāo)記被浸沒在水下的所述工件的表面，使所述等離子電弧僅進入所述工件的厚度的一部分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括按照圍繞所述等離子電弧焊炬的主體和沿著所述等離子電弧焊炬的主體中的至少一種方式來引導(dǎo)所述氣流，以產(chǎn)生大致包圍所述等離子電弧的旋轉(zhuǎn)的保護性空氣簾。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，該方法還包括利用安裝在所述等離子電弧焊炬的主體上的空氣簾裝置，按照圍繞所述等離子電弧焊炬的主體和沿著所述等離子電弧焊炬的主體中的至少一種方式來弓I導(dǎo)所述氣流。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法還包括在所述等離子電弧焊炬的噴嘴與所述空氣簾裝置之間引導(dǎo)所述氣流。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括引導(dǎo)所述氣流從在所述噴嘴與所述空氣簾裝置之間限定的排出口排出。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在標(biāo)記所述工件時用于產(chǎn)生所述等離子電弧的第一電流在8到35安之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中浸沒所述工件的表面包括將所述工件的表面浸沒在水下至少2英寸。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括利用由所述等離子電弧焊炬產(chǎn)生的所述等離子電弧完全切割穿過所述工件的厚度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中切割所述工件包括在水下切割所述工件。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中標(biāo)記所述工件在切割所述工件之前發(fā)生。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在切割所述工件中用于產(chǎn)生所述等離子電弧的第二電流在30到750安之間。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括至少在標(biāo)記所述工件和切割所述工件期間始終將所述氣流保持在大致恒定的流速。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述等離子電弧焊炬包括噴嘴，并且其中所述噴嘴在標(biāo)記所述工件和切割所述工件之間不被另一噴嘴替換。全文摘要提供了一種用等離子電弧焊炬在水下進行標(biāo)記的方法。該方法包括使氣流包圍由等離子電弧焊炬產(chǎn)生的等離子電弧(步驟408)?？梢岳每諝夂熤荚谑箽饬鲊@和/或沿著等離子電弧焊炬的主體。以這種方式引導(dǎo)氣流產(chǎn)生了大致包圍等離子電弧的保護性空氣簾。可以使用8和35安之間的電流來對工件進行標(biāo)記。之后，可以利用30到750安之間的電流使用相同的等離子電弧焊炬來切割工件(步驟430)。相同的噴嘴和氣流流速可以用于標(biāo)記操作和切割操作二者。另外，在標(biāo)記操作和切割操作期間，可以將工件始終保持在水下(步驟404)。文檔編號B23K9/013GK102574231SQ201080040721公開日2012年7月11日申請日期2010年9月9日優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日發(fā)明者J·V·沃倫,R·W·布魯士申請人:埃薩布集團公司