專利名稱：保護(hù)焊接器具接觸末端的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及焊接系統(tǒng)，且特別涉及一種具有絕熱器以保護(hù)接觸末端的送絲焊接器具。
背景技術(shù)：
焊接是可用于將金屬件連接或者分開的方法。焊接工藝中典型的一種是電弧焊。電弧焊系統(tǒng)通常包括與焊接器具相連的電源。一個電極通過焊接器具進(jìn)行連線并與電源電連接。而且，一條導(dǎo)電纜線夾在工件上并連線回到電源。當(dāng)電極接近或接觸工件時，在電極和工件之間產(chǎn)生電弧。電流從電源通過電極流到工件，并通過導(dǎo)電纜線回到電源。電弧產(chǎn)生的熱熔化該工件或多個工件。當(dāng)電弧消失時，熔化的金屬即冷卻，使熔料凝固。
一種典型的電弧焊系統(tǒng)是金屬惰性氣體(MIG)保護(hù)焊。惰性氣體保護(hù)焊又名“送絲”焊接或氣體保護(hù)金屬電弧焊(GMAW)。在MIG焊接中，焊絲起電極的作用。由送絲器供給的焊絲在焊接電纜中通過，該焊接電纜的一端連接到電源，另一端連接到焊接器具。通常，焊接器具具有與焊接電纜電連接的接觸末端。由于焊絲通過接觸末端，所以電流通過焊接電纜和接觸末端流入電極焊絲。典型地，電弧生成的熱將電極焊絲熔化，產(chǎn)生了與熔化的金屬相結(jié)合的填充材料，為了防止雜質(zhì)和污染物進(jìn)入熔化金屬，使用惰性氣體在熔化金屬周圍形成保護(hù)。惰性氣體通常與電極焊絲一起通過焊接器具。通過按住焊接器具上的觸發(fā)器，使使用者能夠同時開啟送絲裝置和惰性氣體流。
在無保護(hù)MIG焊接中，對電極焊絲加以選擇，能夠避免對于保護(hù)氣體的需要。在此類焊接中，使用管狀金屬電極焊絲。管狀焊絲在內(nèi)部具有焊劑，防止碎裂和剝落。與實心焊絲相比，例如連同惰性氣體一起使用的實心焊絲，管狀金屬電極焊絲通常能夠在更高的電壓和安培數(shù)設(shè)置下焊接更厚的金屬。
另一種形式的電弧焊稱為埋弧焊。與MIG焊接中使用惰性氣體相反，埋弧焊使用粒狀焊劑來保護(hù)熔池。當(dāng)使用者推進(jìn)焊接器具時，粒狀焊劑堆積在電極前面，從而使電弧埋沒在焊劑層中。熔化的熔池由此受到周圍焊劑的保護(hù)，不受雜質(zhì)和污染物的影響。而且，與電弧鄰接處的焊劑提供了一個渣層，能夠改善焊接質(zhì)量并隔離空氣。
在典型的MIG和埋弧系統(tǒng)中，接觸末端由銅或銅合金制成。但是，已經(jīng)知道，這些接觸末端在較短的使用期后就會損壞，尤其是在使用管狀電極焊絲的時候。需要一種技術(shù)，增長焊接器具的接觸末端的壽命。更具體地說，需要一種方法，增長用于管狀電極焊絲的或者是用于埋弧焊中的接觸末端的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本技術(shù)可解決以上提出的一個或多個問題。根據(jù)本技術(shù)的一個方面，其特征是一種新型陶瓷接觸末端延長部分。該陶瓷延長部分可包括鋯基材料，例如硅酸鋯或氧化鋯。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其特征是新型的送絲焊接系統(tǒng)。該焊接系統(tǒng)可包括電源、送絲裝置、以及用于接納來自送絲器的管狀金屬電極焊絲的焊接器具。該焊接器具具有與接觸末端相連的陶瓷接觸末端延長部分，陶瓷接觸末端延長部分與管狀金屬電極焊絲一起工作。
根據(jù)本技術(shù)的另外一方面，其特征是用于保護(hù)接觸末端的方法。該方法包括將接觸末端的一部分熱絕緣的步驟。


通過參考附圖并閱讀以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述及其他的優(yōu)點和特性將變得清晰，在附圖中圖1為根據(jù)本技術(shù)的一個示例性的實施例的MIG焊接系統(tǒng)的示意圖；圖2為根據(jù)本技術(shù)的一個示例性的實施例的MIG焊槍的主視圖；圖3為圖2的MIG焊接槍的分解圖；圖4為接觸末端和接觸末端延長部分的一個示例性的實施例的透視圖；圖5為圖4所示的示例性的接觸末端和陶瓷接觸末端延長部分的剖視圖；圖6為根據(jù)本技術(shù)的一個示例性的實施例的埋弧焊接系統(tǒng)的示意圖；圖7為根據(jù)本技術(shù)的一個示例性的實施例的埋弧焊焊槍的主視圖；以及圖8為圖7中埋弧焊焊槍的分解圖。
具體實施例方式
參考圖1，此圖示出了一示例性的便攜式MIG電弧焊系統(tǒng)12。但是，本技術(shù)也適用于其他類型的電弧焊系統(tǒng)，例如固定的系統(tǒng)和埋弧焊系統(tǒng)。所示的本實施例包括具有焊絲盤16的電源/送絲裝置14。電源/送絲裝置14從焊絲盤16處接納電極焊絲18并將電極焊絲18引導(dǎo)到焊槍22的焊接電纜20中。但是，本技術(shù)也適用于焊槍以外的焊接器具，例如焊接機(jī)器人。
在所示的實施例中，電極焊絲18為管狀的，且由金屬制成?？蓪⒘詈竸┲糜诠軤罱饘匐姌O焊絲18內(nèi)。焊接電纜20具有用于從電源/送絲裝置14向焊槍22供電的導(dǎo)線。在此實施例中，電源和送絲裝置是結(jié)合在一起的。但是，電源和送絲裝置也可以是分開的裝置。
焊槍適于接納電極焊絲18并將電源通過焊接電纜20中的導(dǎo)線連接到電極焊絲18。此外，焊槍22還適于控制焊接系統(tǒng)12的操作。在此實施例中，焊槍22具有通過焊接電纜20與電源/送絲裝置14電連接的觸發(fā)器24。在此實施例中，當(dāng)操作觸發(fā)器24時，電極焊絲18從電源/送絲裝置14中送進(jìn)。通過焊接電纜20將焊絲18引導(dǎo)到焊槍22的頸部26。
工件28電通過接地夾30和接地電纜32連接到電源/送絲裝置14的一個接線端子。當(dāng)電極焊絲18接近或接觸工件28，在焊絲18和工件28之間產(chǎn)生電弧時，就完成了在工件28和電源/送絲裝置14之間的電路回路。通過電弧流入工件28中的電流所產(chǎn)生的熱量，使得工件28在電弧附近熔化，同時也熔化電極焊絲18。在所示的實施例中，存儲在氣瓶36中的氣體34用于防止雜質(zhì)進(jìn)入熔化的熔池。然而，也可以采用其他提供保護(hù)氣體的方法。
在所示的實施例中，氣瓶36將氣體34供給到電源/送絲裝置14。氣體34與電極焊絲18一起通過焊接電纜20進(jìn)給到焊槍22的頸部26。頸部26具有噴嘴部件27以將氣體34向工件28引導(dǎo)。觸發(fā)器24也可以控制從焊槍22噴出的氣體34的氣流。然而，也可以通過其他的方法控制氣體34的氣流，例如閥門。惰性保護(hù)氣體34防止雜質(zhì)進(jìn)入熔池降低焊縫的完整性。
參考圖2，圖2更詳細(xì)地示出了焊槍22。如上所述，采用焊槍22用來從焊接電纜20接納電極焊絲18和氣體34并將它們引向工件28。焊槍22包括可用于固定焊槍22的手柄38。在所示的實施例中，設(shè)置有懸掛鉤40使焊槍22能夠掛在固定物上。所示的焊槍還具有觸發(fā)器24。觸發(fā)器24能夠偏移，從而在放開該觸發(fā)器時關(guān)閉焊接系統(tǒng)。在此實施例中設(shè)置有觸發(fā)器鎖定件42，以便將使用者從一直保持按下觸發(fā)器24的工作中解脫出來。
在此實施例中，將電極焊絲18從焊接電纜20引導(dǎo)到頸部26中。頸部26將氣體34和電極焊絲18引導(dǎo)到噴嘴部件27處。噴嘴部件27又將氣體34和焊絲18引向工件28。噴嘴部件27用于引導(dǎo)氣體34，從而形成一屏障以防止污染物進(jìn)入由電極焊絲18的電弧產(chǎn)生的熔池。
參考圖3，圖3是焊槍22的分解圖。在所示的實施例中，手柄38是兩件套組件，用于在手柄28的內(nèi)部接納焊接電纜20。一對導(dǎo)線44也與焊接電纜20相連。在此實施例中，導(dǎo)線44被引入手柄38的內(nèi)部，從而能將導(dǎo)線44連接到觸發(fā)器24。在此實施例中，當(dāng)按下觸發(fā)器24時，導(dǎo)線44被電連接。接通的導(dǎo)線44為電源/送絲裝置14提供一個信號，以便將電極焊絲18向前送進(jìn)。該信號也可以控制電源/送絲裝置14給焊接電纜20供電和/或從氣瓶36提供氣體34的氣流。在所述的實施例中，手柄38的兩側(cè)由螺釘46和螺母48固定到一起。
在此實施例中，電流從電源/送絲裝置14通過接觸末端50引入到電極焊絲18。電流通過焊接電纜20和頸部26接通到接觸末端50。在此實施例中，接觸末端50通過螺母52保持與頸部26連接。然而，也可以采用其他的方法來固定接觸末端50。例如，可以將接觸末端50擰入位于接觸末端50的卡圈54周圍的螺母52，并擰到頸部26的螺紋56上。螺母52和螺紋56之間的接合使接觸末端卡圈54與頸部26相連接，從而將接觸末端50固定到焊槍上。接觸末端50也可以在噴嘴部件27內(nèi)部與其他組件鄰接。
接觸末端50由導(dǎo)電金屬制成，例如銅。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，接觸末端不僅被流過接觸末端的電流加熱，也被從電極焊絲和熔池傳導(dǎo)到接觸末端的熱量加熱。此熱量會縮短接觸末端的壽命。當(dāng)接觸末端溫度升高時，它就變得較為有延展性并易于磨損。材料的電阻影響電流產(chǎn)生的熱量。對于相同的電流，材料的電阻越大產(chǎn)生的熱量越多。電極焊絲的電阻通常大于接觸末端的電阻，從而導(dǎo)致在焊絲工作期間出現(xiàn)顯著的電阻加熱現(xiàn)象。
此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在焊接系統(tǒng)中使用管狀電極焊絲時接觸末端的壽命比使用固體電極焊絲時要短得多。還發(fā)現(xiàn)，這些接觸末端壽命縮短的一個因素是通過管狀電極的電流所產(chǎn)生的熱。對于相同的直徑來說，管狀電極焊絲的電阻，即使帶有金屬粉末芯，也要大于固體電極焊絲的電阻，因為電流主要只流過焊絲的筒狀部分。該較大的電阻使得管狀金屬電極焊絲更快地加熱到較高的溫度，并因此比實心焊絲熔化得更加迅速。對于相同的電流管狀電極焊絲的加熱使得管狀電極焊絲能夠產(chǎn)生大于固體電極焊絲的焊著率。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，管狀電極焊絲產(chǎn)生的熱量也導(dǎo)致接觸末端的壽命縮短。
在所示的實施例中，接觸末端延長部分58用于將接觸末端50與熔池和超出接觸末端50的管狀電極焊絲熱隔離開，從而減少傳到接觸末端50的熱量。接觸末端延長部分58還增加了接觸末端50和熔池之間的距離，也減少了傳導(dǎo)到接觸末端50的熱量。在此實施例中，接觸末端延長部分58由陶瓷材料制成。優(yōu)選地，接觸末端延長部分58由鋯基陶瓷制成，例如氧化鋯或硅酸鋯。硅酸鋯的硬度為接觸末端延長部分58提供了理想的磨損特性，所以它不會輕易地腐蝕、碎裂和/或剝落。接觸末端50和接觸末端延長部分58都容納在噴嘴部件27內(nèi)部。
參考圖4和圖5，在此實施例中，接觸末端延長部分58具有螺紋60，用于使接觸末端延長部分58擰到接觸末端50相應(yīng)的螺紋62上。然而，也可通過其他的方法將接觸末端延長部分58固定到接觸末端50上，例如粘合、沉積或鑄造成形等等。金屬接觸末端50通過通道64接納電極焊絲18。在此實施例中，通道64的直徑略大于電極焊絲18的直徑。當(dāng)電極焊絲18通過接觸末端50時，電極焊絲18將接觸通道64的側(cè)面，從而將電流從接觸末端50傳導(dǎo)到電極焊絲18。在此實施例中，接觸末端50具有圓柱形的主體部分66，該主體部分的直徑略小于卡圈54的直徑。所示的接觸末端50具有尾部68，其直徑略小于接觸末端50的螺紋部分62的直徑。尾部68用于將接觸末端延長部分58引導(dǎo)到接觸末端50上。
如在圖5中所示，接觸末端延長部分58的頂面70和接觸末端50的肩部72適于鄰接。此外，在此實施例中，接觸末端延長部分58內(nèi)部有第一表面74，用于與接觸末端50的底面76相鄰接。接觸末端延長部分58內(nèi)部的第二表面78用于與接觸末端50的相應(yīng)表面80相鄰接。此外，接觸末端延長部分58具有通道82，用于讓電極焊絲18穿過。優(yōu)選地，接觸末端延長部分通道82和接觸末端通道64形成一連續(xù)的通道。
參考圖6，圖6示出了一個示例性的埋弧焊系統(tǒng)84。如同在MIG焊接中，電弧在電極焊絲18和工件28之間生成，從而形成埋弧焊中的焊接點。然而，在埋弧焊中，電弧埋在焊劑內(nèi)部以保護(hù)熔化的熔池不會吸收雜質(zhì)。在所示的實施例中，用于從焊劑源90接收焊劑88的電源/送絲裝置86，被用來將焊劑88通過軟管92傳送到埋弧焊槍100。在本技術(shù)的其他的實施例中，焊劑軟管92可以直接連接到焊劑源90。
參考圖6到圖7，所示的埋弧焊槍100具有焊劑分配組件102，用于將焊絲18和焊劑88引導(dǎo)到工件28。焊劑分配組件102通過頸部104接納電極焊絲18，并通過與焊劑軟管92相連的焊劑頸106接納焊劑88。焊劑分配組件102將電極焊絲18和焊劑88流合并在一起。焊絲18和焊劑88通過噴嘴部件108從焊劑分配組件102流出，從而將電極焊絲18產(chǎn)生的電弧埋在焊劑88中。位于熔池附近的焊劑88被加熱到熔融狀態(tài)并引入到焊縫。未使用的焊劑可以循環(huán)使用。
參考圖7，焊劑分配組件包括焊劑分配器108和圍繞著焊劑分配器108的外殼110。在此實施例中，焊劑軟管92在手柄38的外部走線。焊劑軟管92與焊劑頸106配合，而焊劑頸106與焊劑分配器108配合。焊劑分配器108引導(dǎo)焊劑88的焊劑流，使得電極焊絲18在電弧沖擊工件28的點上完全埋在焊劑88內(nèi)部。
在此實施例中，埋弧焊槍100與電極焊絲18通過接觸末端50電連接。在此實施例中，接觸末端50通過螺母52保持與頸部112連接。然而，也可以采用其他的方法來固定接觸末端50。螺母52位于接觸末端50的卡圈54周圍，并擰入位于頸部112的螺紋56上。螺母52和螺紋56之間的接合使接觸末端卡圈54與頸部112相鄰接，從而將接觸末端50固定到焊槍上。接觸末端50也可以與埋弧焊槍100內(nèi)的其他組件鄰接。
如以上所述的MIG焊槍22一樣，所示的埋弧焊槍100利用接觸末端延長部分58來增加接觸末端50與熔化的熔池之間的距離，并且將接觸末端50熱隔絕，從而減少從工件28的熔化熔池傳導(dǎo)到接觸末端50的熱量。
在能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行各種修改和替換的同時，具體的實施例是以附圖中示例的方式示出的并在此處進(jìn)行了詳細(xì)說明。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不意味著只限于以上公開的具體形式。相反，本發(fā)明含蓋了處于所附權(quán)利要求中確定的本發(fā)明的要旨和范圍內(nèi)的所有的修改、等同物和替換形式。
權(quán)利要求
1.一種用于保護(hù)送絲焊接系統(tǒng)的接觸末端的裝置，包括能夠固定在接觸末端上的接觸末端延長部分，該接觸末端延長部分具有適用于在其中接納電極焊絲的通道，其中，該延長部分包含鋯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，接觸末端延長部分適用于引導(dǎo)電極焊絲通過通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，接觸末端延長部分以可拆卸的方式固定到接觸末端的第一末端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，接觸末端和接觸末端延長部分以互補(bǔ)方式螺紋連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，接觸末端延長部分包括適用于與相應(yīng)的接觸末端肩部緊靠連接的肩部。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，接觸末端延長部分適用于將接觸末端的第一末端熱隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，接觸末端延長部分包含硅酸鋯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，接觸末端延長部分包含氧化鋯。
9.一種送絲電弧焊系統(tǒng)，包括用于將管狀金屬焊絲與電源電連接的焊接器具，該焊接器具包括用于將電流傳導(dǎo)到管狀金屬焊絲的接觸末端；以及以可拆卸方式固定在接觸末端上的接觸末端延長部分，其中，接觸末端延長部分適用于在其中接納管狀金屬電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電弧焊系統(tǒng)，其特征在于，接觸末端延長部分包含鋯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電弧焊系統(tǒng)，其特征在于，接觸末端延長部分包含氧化鋯。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的電弧焊系統(tǒng)，其特征在于，接觸末端延長部分包含硅酸鋯。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的電弧焊系統(tǒng)，其特征在于，管狀金屬焊絲包含置于其中的焊劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的電弧焊系統(tǒng)，其特征在于，接觸末端延長部分適用于引導(dǎo)管狀金屬焊絲通過其中。
15.用于送絲焊接器具的配套件，包括適用于將電源與通過接觸末端設(shè)置的電極焊絲電連接的接觸末端；以及設(shè)置在接觸末端的一部分上的鋯基材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的配套件，其特征在于，鋯基材料包含氧化鋯。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的配套件，其包括固定到接觸末端的延長部分，其中，延長部分包含硅酸鋯。
18.一種埋弧焊系統(tǒng)，包括適用于引導(dǎo)電極焊絲以及焊劑的運(yùn)動的埋弧焊器具，其包括適用于引導(dǎo)焊劑流動的噴嘴部件；設(shè)置在噴嘴部件內(nèi)的接觸末端，適用于將電流引導(dǎo)到電極焊絲；以及固定在接觸末端上的陶瓷的接觸末端延長部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其特征在于，電極焊絲為管狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷接觸末端包含鋯。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷的接觸末端延長部分包含硅酸鋯。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷的接觸末端延長部分包含氧化鋯。
23.一種保護(hù)電弧焊系統(tǒng)的接觸末端的方法，包括以下步驟將接觸末端的至少一部分熱隔離，以減少從外部傳遞到接觸末端中的熱量。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征在于，熱隔離步驟包括將硅酸鋯接觸末端延長部分固定在接觸末端上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于，包括通過接觸末端和接觸末端延長部分進(jìn)給電極焊絲的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，進(jìn)給步驟包括通過接觸末端和接觸末端延長部分進(jìn)給管狀電極焊絲。
27.一種用于保護(hù)電弧焊器具的接觸末端的系統(tǒng)，包括適用于將電流傳導(dǎo)到穿過其中設(shè)置的電極焊絲的接觸末端；以及設(shè)置在接觸末端的第一部分上的陶瓷材料，用于將接觸末端與電弧焊器具外部產(chǎn)生的熱進(jìn)行熱隔離。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷材料包含固定到接觸末端的延長部分部件。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷材料包含鋯。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其特征在于，延長部分部件包含硅酸鋯。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其特征在于，延長部分部件包含氧化鋯。
32.根據(jù)權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其特征在于，該第一部分包含接觸末端的端部。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷材料包含鋯。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷材料包含硅酸鋯。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其特征在于，陶瓷材料包含氧化鋯。
36.一種操作埋弧焊系統(tǒng)的方法，包括以下步驟使管狀金屬焊絲通過接觸末端行進(jìn)；以及在接觸末端上設(shè)置絕熱體，以防止由電阻加熱在管狀金屬焊絲中生成的熱量的至少一部分傳遞到接觸末端。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其特征在于，設(shè)置絕熱體的步驟包括將硅酸鋯接觸末端延長部分固定到接觸末端上。
全文摘要
根據(jù)本技術(shù)的一個方面，其特征是一種新型陶瓷接觸末端延長部分。該陶瓷延長部分可包括鋯基材料。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其特征是新型的送絲焊接系統(tǒng)。該焊接系統(tǒng)可具有電源；具有與電源電連接的焊絲送絲裝置；以及用于從送絲裝置接納管狀金屬焊絲的焊接器具。焊接器具具有接觸末端以及接觸末端延長部分。根據(jù)本技術(shù)的另外一方面，其特征是用于保護(hù)接觸末端的方法。該方法包括將接觸末端熱隔離。
文檔編號B23K9/12GK1498711SQ20031010259
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者詹姆斯·M·基根, 詹姆斯 M 基根 申請人:伊利諾斯工具公司