專利名稱：具有耐熔材料加強銅復(fù)合物的接觸尖端；具有直徑減小的前面部分的接觸尖端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GMAW (氣體保護金屬極電弧焊)，MIG (金屬極惰性氣體)，MAG (金屬極活性氣體)，SAW(潛弧焊)，或者FCAW(管狀焊條電弧焊)焊炬的接觸尖端，并且更特別地涉及接觸尖端的制作材料。
背景技術(shù)：
圖1中示出的傳統(tǒng)焊炬10通常包括連接到焊炬主體的線纜組件，其包括把手11， 從把手延伸的頸部，比如鵝頸管12，和在鵝頸管末端的焊炬頭部。焊炬頭部通常包括固定頭和/或噴射器13，接觸尖端14，和噴嘴15。焊接焊絲(自耗電極)和保護氣體進給通過線纜組件和鵝頸管并到達(dá)焊炬頭，在焊炬頭處焊接焊絲和保護氣體排出接觸尖端和噴嘴。常見的金屬焊接技術(shù)是利用由電弧產(chǎn)生的熱量來將工件的一部分轉(zhuǎn)變成熔融狀態(tài)并且加入來自焊接焊絲的填充金屬。能量(比如焊接電流)從線纜組件和鵝頸傳送通過包括固定頭和接觸尖端的焊炬的前端部件并到達(dá)自耗電極焊接焊絲。當(dāng)啟動焊炬的啟動裝置(或者，在焊炬使用遙控裝置(robot)系統(tǒng)的情況下，由遙控裝置(robot)/自動控制裝置賦值(assign) “啟動”信號)，電極焊絲便朝向接觸尖端推進，在此時電流從接觸尖端傳導(dǎo)入正在排出的焊接焊絲。在電極焊絲和工件之間形成電流電弧，來閉合電路并且產(chǎn)生充足的熱量來熔化電極焊絲以焊接工件。保護氣體有助于產(chǎn)生電弧和保護焊接點。隨著電極焊絲的消耗并成為焊接點的一部分，新的電極焊絲推進，并不斷地替代消耗掉的電極焊絲和保持焊接電弧。為了在焊接應(yīng)用中提升焊接速度(S卩，移動速度)和減少飛濺物的產(chǎn)生，焊接動力源一貫使用由脈沖和可控短路為體現(xiàn)的現(xiàn)代信號波形。這些信號波形通常在短脈沖周期和高電流緩變率(high current ramp rate)時耗費高峰值電流(I_Peak)。在脈沖焊接應(yīng)用中，傳導(dǎo)經(jīng)過接觸尖端一電極焊絲交界處的高強度焊接電流和高電流緩變率(high current ramp rate)將引起電極焊絲和接觸尖端局部熔化或蒸發(fā)(例如，電弧腐蝕)。例如，當(dāng)電極焊絲進給通過接觸尖端時，電極焊絲上會形成燒焦痕記。這種在電極焊絲上的燒焦痕跡的圖案是現(xiàn)代脈沖信號波形焊接所獨有的特征，在恒定電壓焊接模式下進給通過接觸尖端的電極焊絲上不會看到這種燒焦痕跡的圖案。在脈沖焊接應(yīng)用中，電弧腐蝕會導(dǎo)致接觸尖端實質(zhì)性的損耗，而且實踐的數(shù)據(jù)表明接觸尖端在脈沖焊接應(yīng)用中比在恒定電壓焊接應(yīng)用中會更迅速地?fù)p耗。隨著接觸尖端的使用和損耗，接觸尖端和電極焊絲間的能量傳輸效率降低。這致使電弧處于較低的能量消耗狀態(tài)。當(dāng)能量消耗太低而不能保持平穩(wěn)的(smooth)焊接電弧時，會出現(xiàn)焊條殘頭(StiAbing)而促使非預(yù)期的焊接瑕疵(如冷焊和不連續(xù)的焊珠)的產(chǎn)生?！N用來減緩接觸尖端損耗的方法是增加在接觸尖端和電極焊絲間的機械接觸壓力。接觸點處的電阻隨接觸壓力的增加而減少。從而，在接觸尖端-電極焊絲交界處產(chǎn)生更少的熱量和消耗，并且有更少的機會產(chǎn)生如微閃(micro-sparkling)、局部熔化和局部蒸發(fā)這樣的電弧腐蝕。各種接觸尖端和焊炬設(shè)計已經(jīng)提出以提高接觸尖端和電極焊絲之間的機械接觸。但是，這些設(shè)計或者太昂貴而不可商業(yè)化，或者太脆弱而不能承受苛刻的焊接環(huán)境，例如飛濺物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一組耐熔材料加強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composites)，其形成焊炬接觸尖端的至少一部分。在焊接過程中，接觸尖端中的耐熔材料要么當(dāng)被微弧“燒盡”時消耗大量熱量，要么在高焊接溫度下保持固體狀態(tài)來保護接觸尖端的矩陣銅或銅合金不被燒盡或粘附到電極焊絲。耐熔材料因此減少接觸尖端的損耗。耐熔材料的固體狀態(tài)還通過降低電極焊絲粘附接觸尖端的程度來減少接觸尖端內(nèi)在高溫下的進給摩擦力。因此，相比于傳統(tǒng)接觸尖端而言，介于包括本發(fā)明耐熔材料的接觸尖端內(nèi)徑和電極焊絲外徑之間的空隙可以被制造得更緊(更小)。更特別地，至少內(nèi)孔的一部分可以具有大約比電極焊絲外徑大3. 0%到8. 0%的內(nèi)徑，并且這部分可以具有大約0. 20到 0. 60英寸的長度。本發(fā)明的接觸尖端還更能容忍大外徑偏差的或大曲率偏差的電極焊絲 (也就是，焊絲鑄造物(wire cast))更特別地，根據(jù)本發(fā)明的焊炬接觸尖端包括耐熔材料加強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite)，其包括大約10%至Ij 50%體積、百分比的耐溶材料以及銅或銅合金中的至少一種。耐熔材料是金屬或者陶瓷材料之一。耐熔材料可以是鎢(W)，鉬(Mo)，石墨，碳化鎢(WC)，氧化鋯(ZrO2)，碳化硅(SiC)， 氧化鎂(MgO)和氧化鋁(Al2O3)中的至少一種。耐熔材料可以具有包括晶須，長纖維，短纖維，顆粒，薄片層和多孔預(yù)鍛(porous pre-form)結(jié)構(gòu)中的一種或者多種結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，耐熔材料可以是鎢，并且耐熔材料的體積百分比范圍為10%到 41%，優(yōu)選為10%到32%。耐溶材料力口強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite) 的導(dǎo)電率一般可以是在20攝氏度時介于每米2. BlxlO7和5. 22xl07西門子之間。接觸尖端可以是部分地由耐熔材料加強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite)構(gòu)成?？蛇x地，接觸尖端可以是完全由耐熔材料加強銅復(fù)合物構(gòu)成。接觸尖端可以包括由銅和銅合金中至少一種構(gòu)成的主體，并且主體可以用耐熔材料加強銅復(fù)合物來浸漬。在一個實施例中，接觸尖端可以包括主體，該主體具有前排出端、異側(cè)的后進給端，和延伸貫穿該主體的孔。插入物可以通過前排出端和后進給端的其中之一由孔所接收， 并且插入物可以包括耐熔材料加強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite)。在另一個實施例中，接觸尖端可以包括主體，該主體具有前排出端，異側(cè)后進給端和從后進給端延伸到前排出端的通道。通道的一部分可以由耐熔材料加強銅復(fù)合物 (refractory material reinforced copper composite)所限定。這部分可以具有比自耗電極焊絲外徑大約大到8%的直徑，并且這部分可以具有大約0. 2到0. 6英寸的長度。根據(jù)本發(fā)明的焊炬組件包括固定頭和安裝在固定頭上的接觸尖端。接觸尖端包括而才熔材料力口強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite),其包括大約10%到50%體積百分比的耐熔材料以及銅和銅合金中至少一種。耐熔材料是金屬和陶瓷材料中的一種。耐熔材料可以是鎢(W)，鉬(Mo)，石墨，碳化鎢(WC)，氧化鋯(ZrO2)，碳化硅(SiC)，氧化鎂(MgO)和氧化鋁(Al2O3)中的至少一種。耐熔材料加強銅復(fù)合物的導(dǎo)電率一般可以是在20攝氏度時介于每米2. 61xl07和5. 22xl07西門子之間。從下述本發(fā)明的具體實施方式
并結(jié)合附圖，將更加完全地理解本發(fā)明的這些和其他的特征和優(yōu)勢。


在附圖中圖1是傳統(tǒng)焊炬的立體、部分分解視圖；圖2是接觸尖端的剖面圖，該接觸尖端包括根據(jù)本發(fā)明的耐熔材料加強銅復(fù)合物；圖3是接觸尖端的剖面圖，該接觸尖端包括根據(jù)本發(fā)明的耐熔材料加強銅復(fù)合物；圖4是接觸尖端的剖面圖，該接觸尖端包括根據(jù)本發(fā)明的耐熔材料加強銅復(fù)合物；圖5是接觸尖端的剖面圖，該接觸尖端包括由根據(jù)本發(fā)明的耐熔材料制成的插入物；圖6是接觸尖端的剖面圖，該接觸尖端包括由根據(jù)本發(fā)明的耐熔材料制成的插入物；及圖7是接觸尖端的剖面圖，該接觸尖端包括由根據(jù)本發(fā)明的耐熔材料制成的插入物。
具體實施例方式現(xiàn)在詳細(xì)參考附圖，圖2中的數(shù)字120大體上示出了根據(jù)本發(fā)明的焊炬接觸尖端。 接觸尖端120是焊炬的易耗/可替換部件，其具有相比于傳統(tǒng)接觸尖端長得多的使用壽命。參考圖2，接觸尖端120可安裝在焊炬的固定頭/噴射器122上，該焊炬可以是圖 1中的GMAW焊炬，MIG焊炬，MAG焊炬，SAW焊炬，F(xiàn)CAW焊炬或類似焊炬。接觸尖端120可具有細(xì)長的以及大體上為圓柱形的主體124，雖然該主體不限于任何特定的形狀。主體IM具有前排出端126，該前排出端具有開口，電極焊絲從該開口排出，主體IM還具有異側(cè)的后進給端128，該后進給端具有開口，電極焊絲從該開口進給。由主體內(nèi)壁限定的中心孔130 從后端1 上的開口延伸至前端1 上的開口并貫穿主體。接觸尖端120安裝并固定在固定頭122上。比如，接觸尖端120可包括安裝構(gòu)件 132，比如與固定頭122上相關(guān)的構(gòu)件相配合的螺紋以便安裝并固定接觸尖端在固定頭上。 安裝接觸尖端到固定頭122上還存在可選的方式；然而，接觸尖端120應(yīng)該是可從固定頭 122上拆卸的，以便接觸尖端作為易耗材料，當(dāng)其損耗時可進行更換。固定頭122大體上為中空的并且具有前端134，異側(cè)的后端136，和從前端134延伸到后端136的隙縫138。接觸尖端120牢固地固定在固定頭122的前端134上。固定頭上的隙縫138與貫穿接觸尖端主體124的孔130相連，并且接觸尖端120和固定頭122共同限定從焊炬的鵝頸管到焊炬的前焊接端的用于自耗電極焊絲和焊接電流的通道。接觸尖端120的主體124可部分或者全部由耐熔材料加強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite)構(gòu)成。耐溶材料力口強銅復(fù)合物是一種大體上包括銅矩陣材料和10%到50%體積百分比的耐熔材料作為其主要或者唯一成分的復(fù)合物材料。復(fù)合物材料中耐熔材料的總量大體上應(yīng)該至少有10%的體積百分比，否則復(fù)合物可能不足以抗粘附和電弧腐蝕。復(fù)合物材料中耐熔材料的總量大體上應(yīng)該不高于50%的體積百分比，否則復(fù)合物的導(dǎo)電率可能會太低以致于不能有效地將焊接電流傳導(dǎo)至正在移動通過接觸尖端120的自耗電極焊絲。耐熔材料加強銅復(fù)合物的導(dǎo)電率大體上在20攝氏度時，介于每米2. 61x107和5. 22x107西門子之間，即介于45到90% IACS (國際退火銅標(biāo)準(zhǔn))，其中一個100% IACS值代表在20攝氏度時，每米5. 80xl07西門子的導(dǎo)電率。耐溶材料力口強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite) 的銅矩陣材料大體上是銅和/或銅合金，并且可包括鍛造或者鑄造純銅99. 3 % Cu)，碲銅(C14500)，鉻銅(C18200 或 C81500)，銀銅(Cl 1300，Cl 1400，Cl 1600)或者類似適合的銅合金中的一種或幾種。復(fù)合物的耐熔材料包括耐熔金屬和耐熔陶瓷，并且可包括鎢(W)，鉬(Mo)，石墨， 碳化鎢(WC)，氧化鋯(ZrO2),碳化硅(SiC)，氧化鎂(MgO)和氧化鋁(Al2O3)中的一種或幾種。如下表所示，耐熔材料具有比銅高得多的熔化和蒸發(fā)溫度。表 權(quán)利要求
1.一種用于焊炬的接觸尖端，所述接觸尖端包括耐溶材料力口強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite)，其包括大約10%到50%體積百分比的耐熔材料以及銅和銅合金中的至少一種；所述耐熔材料是金屬和陶瓷材料中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，其中所述耐熔材料包括鎢(W)，鉬(Mo)，石墨，碳化鎢 (WC)，氧化鋯(ZrO2)，碳化硅(SiC)，氧化鎂(MgO)和氧化鋁(Al2O3)中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，其中所述耐熔材料具有包括晶須，長纖維，短纖維，顆粒，薄片層和多孔預(yù)鍛(porous pre-form)結(jié)構(gòu)中的一種或者幾種結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，其中所述耐熔材料是鎢(W)，并且所述耐熔材料含量的體積百分比范圍為10%到41%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的接觸尖端，其中所述耐熔材料含量的體積百分比為10%到32%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，其中所述耐熔材料增強銅聚合物的導(dǎo)電率一般在20攝氏度時介于每米2. 61xl07至5. 22xl07西門子之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，其中所述接觸尖端部分由所述耐熔材料加強銅復(fù)合物構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，其中所述接觸尖端全部由所述耐熔材料加強銅復(fù)合物構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，包括由銅和銅合金的至少一種所制成的主體，所述主體為所述耐熔材料加強銅復(fù)合物所浸漬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，包括具有前排出端、異側(cè)的后進給端和孔的主體，所述孔貫穿所述主體延伸；和插入物通過所述前排出端和所述后進給端中的一個被所述孔所接收，所述插入物包括所述耐熔材料加強銅復(fù)合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的接觸尖端，包括主體，所述主體具有前排出端、異側(cè)的后進給端和從所述后進給端延伸至所述前排出端的通道；所述通道部分由所述耐熔材料加強銅復(fù)合物所限定，所述部分的內(nèi)徑比自耗電極焊絲的外徑大約大3%至8 %，并且所述部分長度大約為0. 20至0. 60英寸。
12.一種用于焊炬的接觸尖端，所述接觸尖端包括主體，其具有前排出端、異側(cè)的后進給端，和從所述后進給端延伸至所述前排出端的通道；所述通道在所述前排出端處的前部的直徑比自耗電極焊絲的外徑大約大3%至8%， 并且所述前部的長度大約為0. 20至0. 60英寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的接觸尖端，其中所述通道的所述前部由耐熔材料加強銅復(fù)合物所限定；所述耐熔材料加強銅復(fù)合物包括大約10%到50%體積百分比的耐熔材料以及銅和銅合金中的至少一種；所述耐熔材料是金屬和陶瓷材料中的一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的接觸尖端，其中所述耐熔材料包括鎢(W)，鉬(Mo)，石墨，碳化鎢 (WC)，氧化錯(ZrO2),碳化硅(SiC)，氧化鎂(MgO)，和氧化鋁(Al2O3)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的接觸尖端，其中所述耐熔材料是鎢(W)，并且所述耐熔材料含量的體積百分比范圍是10%到41%。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的接觸尖端，其中所述耐熔材料含量的體積百分比范圍是10%到32 % ο
17.根據(jù)權(quán)利要求13的接觸尖端，其中所述耐熔材料加強銅復(fù)合物的導(dǎo)電率一般在20 攝氏度時介于每米2. 61xl07至5. 22xl07西門子之間。
18.一種焊炬組件包括 固定頭；和安裝在所述固定頭上的接觸尖端，所述接觸尖端包括耐熔材料加強銅復(fù)合物，所述耐熔材料加強銅復(fù)合物包括體積百分比大約在10%到50%的耐熔材料并且包括銅和銅合金中的至少一種。所述耐熔材料是金屬和陶瓷材料中的一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的焊炬組件，其中所述耐熔材料包括鎢(W)，鉬(Mo)，石墨，碳化鎢 (WC)，氧化鋯(&02)，碳化硅(SiC)，氧化鎂(MgO)，和氧化鋁(Al2O3)中的至少一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的焊炬組件，其中所述耐熔材料加強銅復(fù)合物的導(dǎo)電率一般在20 攝氏度時介于每米2. 61x107至5. 22x107西門子之間。
全文摘要
一種用于焊炬的接觸尖端(220)，包括耐熔材料加強銅復(fù)合物(refractory material reinforced copper composite)，所述耐熔材料加強銅復(fù)合物包括大約10到50％體積百分比的耐熔材料以及銅和銅合金中的至少一種。所述耐熔材料是金屬和陶瓷中的一種。所述接觸尖端(220)可以包括細(xì)長的，一般為圓柱形的主體(240)，所述主體具有前接觸端(226)，異側(cè)的后固定端，和從所述后固定端延伸到所述前接觸端(226)的通道。所述通道(230)的一部分(242)可以為所述耐熔材料加強銅復(fù)合物所限定。所述部分(242)的直徑可以比自耗電極焊絲的外徑大約大3％到8％，并且所述部分可以具有大約0.2到0.6英寸的長度。
文檔編號B23K9/26GK102574234SQ201080040530
公開日2012年7月11日 申請日期2010年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者馬鐵軍 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司