真空绝缘焊炬的制作方法

背景技术：

本发明概括地涉及一种焊接系统，并且更具体地涉及具有真空绝缘手柄的焊炬。

焊接系统通常包括电极，该电极配置成使得电弧通过焊炬和工件之间，由此加热工件来产生焊缝。在许多系统中，例如在金属极惰性气体(mig)保护焊接和焊条焊接系统中，电极是可消耗焊丝，该可消耗焊丝熔融到焊缝中以将填料材料提供到焊缝中。相反，tig焊接系统采用与填料材料独立的不可消耗的钨电极。也就是说，tig焊接工艺并不将钨电极熔融到形成在工件上的焊缝中，并且钨电极在使用期间升温。

在某些焊接系统中，在焊炬手柄周围的空气边界或空气循环通常防止手柄在整个焊接操作期间过热。然而，某些焊接应用可产生比自然或强制对流(例如，空气边界或循环周围空气)所能够耗散的热量更多的热量，并且此类应用通常使用液体冷却式焊炬来实现。液体冷却式焊炬可包括多个附加的部件，例如用于将液体运送至液体冷却系统和从液体冷却系统运送液体的管道，其可增加焊炬的体积，从而导致焊炬难以在某些位置中操纵。此外，由于焊炬的大小和体积，焊炬的可操纵性可以是繁杂的和/或受限的。因此，需要一种焊炬，该焊炬具有减小的尺寸和增强的热边界，以减小焊炬的过热，同时改进焊炬的可操纵性和人机工程性。

技术实现要素：

在一个实施例中，焊炬包括电导体、围绕电导体设置的外材料层以及设置在电导体和外材料层之间的密封真空区域。

在另一实施例中，一种方法包括提供焊炬电导体、围绕焊炬电导体来定位外材料层、在外材料层和焊炬电导体之间产生真空区域，以及围绕焊炬电导体来固定外材料层以密封真空区域。

在又一实施例中，焊炬包括焊炬手柄，该焊炬手柄具有焊炬电导体，围绕该焊炬电导体设置的外材料层、设置在焊炬电导体和外材料层之间的密封真空区域以及围绕外材料层设置的包覆模制外层。

附图说明

当参照附图阅读以下具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中，类似的附图标记代表附图中的类似部件，附图中：

图1是根据本发明的实施例示例性焊接系统的示意图；

图2是具有真空绝缘手柄的焊炬的立体图；

图3是具有真空绝缘手柄的焊炬的侧剖视图；以及

图4是制造具有真空绝缘手柄的焊炬的方法的工艺流程图。

具体实施方式

本文的实施例涉及具有真空绝缘手柄的焊炬。例如，焊炬可包括焊接电流可流过其中的电导体、围绕该导体的密封真空区域以及围绕密封真空区域设置的外材料层。该密封真空区域可作为围绕导体的绝缘区域起作用或操作，由此减少在焊接操作期间从导体向外材料层并最终向保持焊炬的操作者手或设备的热传递。可意识到，包括围绕导体的密封真空区域可使得围绕导体设置的其它绝缘材料层的大小和/或体积能够减小，同时仍实现从导体向焊炬外部的热传递的期望减小。如下文详细地描述，焊炬的密封真空区域可使用诸如真空铜焊技术之类的各种方法或工艺来产生。

现转向附图，图1说明焊接系统10(例如，钨极惰性气体(tig)保护焊接系统)，该焊接系统包括电源12、保护气体源14以及焊炬16。在所说明的实施例中，电源12经由电源管道18向焊炬16供电。电源12可取决于期望的应用将直流(dc)或交流(ac)供给至焊炬16。例如，ac电流可适合于焊接铝或镁，而dc电流可适合于焊接不锈钢、镍或钛。除了使得电流与材料选择相匹配以外，电源12的输出可改变以获得期望的焊缝特性。例如，低ac频率(例如，56hz)电流可产生浅浅地穿透工件20的宽电弧，而高ac频率(例如，200hz)电流可产生较深地穿透工件20的聚焦电弧。

除了电流的频率以外，电源12可改变输出至焊炬16的电流的安培数。由电压12输出的安培数的设定可通过在电源12上的设置旋钮或按钮或其它输入装置来调节，或者可由远程控制件22来设置。例如，焊接系统10可包括脚踏板远程控制件22(如图所示)，其允许操作者在焊接期间通过保持脚踏板压下或者摆平脚踏板远程控制件22进行电流调节以改变安培数。远程控制件22还可包括指尖控制件、听觉命令或其它形式的输入来向电源12发出信号，以输出对应的电流。

此外，焊炬16可从气体源14得到保护气体供给。通常，保护气体可供给至焊炬16并且在焊缝的位置处从焊炬排出。在整个焊接期间和/或在焊接电弧熄灭不久之后，保护气体可刚好在撞击焊接电弧之前排出。保护气体保护焊接区域免受诸如氮气和氧气之类环境气体的影响，其可导致熔合缺陷、孔隙以及焊接金属脆化。保护气体还可将热量从焊接电导体传递至金属，并且可有助于启动和维持稳定的电弧。

如图1中所示，保护气体可在容器中提供并且经由调节器24、管道26、气体阀28以及气体管道30输送至焊炬16。调节器24可允许操作者限制输送至气体阀28的气体的压力，以获得期望的流动速率。此外，气体阀28可实现与其它焊接操作协调地停止和启动保护气体向焊炬16的流动。虽然示作安装在电源12上，但气体阀28可位于焊接系统10内的其它位置处、例如位于焊炬16上。

通常，焊接系统10可提供经由工件20向电源12的电流流动。例如，如图1中所示，焊接系统10可包括线缆32，该线缆经由工件夹具34固定于工件20。在此种配置中，由电源12提供的电流通过电源管道18流动至焊炬16、经过电弧从电导体36流动至工件20并且经由工件夹具34和线缆32返回至电源12。

焊炬16的本实施例可包括真空绝缘手柄38。例如，真空绝缘焊炬手柄38可包括设置在焊炬16的电导体36和围绕真空区域形成的外材料层之间的真空区域。在某些实施例中，真空区域可使用诸如真空铜焊之类的方法形成。外材料层可由任何合适的耐热材料形成，诸如陶瓷、聚合物、塑料或其它材料。此外，真空绝缘手柄38的某些实施例可包括围绕外材料层设置的附加的包覆模制层。例如，附加的包覆模制层可由橡胶或其它合适的材料形成。真空绝缘焊炬手柄38的这些和其它特征将参照图2进一步详细地描述。

图2是包括真空绝缘焊炬手柄38的焊炬16的立体图。焊炬头部40可以是较大焊炬本体的延伸到手柄38中的部件，从而允许操作者经由手柄38来固持和操作焊炬16。电导体36用于促进在焊炬16和工件20之间产生焊接电弧44，用于焊接操作。如下文详细地描述，手柄38特征在于中空内部，以便于使得电力和气体路由至电导体36并且提供空气空间，在该空气空间中可产生真空区域以使得手柄38热绝缘。焊炬16的与焊炬头部40耦连的其它部件可包括绝缘体41、喷嘴43、夹头(未示出)、电导体36以及后盖45。绝缘体41可定位在焊炬头部40的内部上，以阻挡由焊接电流所产生的热量通入到焊炬本体和/或手柄38中。可与绝缘体41或焊炬头部40附连的喷嘴43包括中空管状部件，其封围夹头和电导体36，以提供用于供保护气体通过喷嘴43的内部表面和夹头之间的路径。后盖45螺接到焊炬头部40中，以固定夹头和电导体36。不同长度的后盖45和不同大小的喷嘴43可与同一焊炬本体互换，从而允许操作者在各种tig焊接应用中使用相同的焊炬本体。与焊炬本体耦连的线缆组件47从电源管道18和气体管道30将电力和保护气体两者传送至焊炬头部40。手柄38可利用插塞49耦连至线缆组件47，从而在手柄38之上产生密封件。

图3是包括真空绝缘焊炬手柄38的焊炬16的侧剖视图。焊炬16包括焊炬头部40和焊炬基部42，它们在某些实施例中可直接地集成到焊炬手柄38中。在所说明的实施例中，电导体36(例如，导电内部本体)延伸穿过焊炬16的中心。换言之，电导体36延伸穿过焊炬基部42、焊炬手柄38以及焊炬头部40，以便于从电源管道18向工件20的电流传导。具体地，电流可从焊炬头部40传导至焊炬16的钨插入件。应注意，图3中说明的实施例简化地聚焦在绝缘焊炬手柄38上。

可意识到，由电导体36通过焊炬16的电流传递(例如，传递至焊炬16的钨插入件)可在手柄38内产生升高的温度。也就是说，当在焊炬16和工件20之间产生电弧时，通过流过电导体36的电流而在整个电导体36产生热量。为了减少从电导体36向焊炬16的手柄38的外部46的热传递，真空绝缘焊炬手柄38包括密封真空区域48(例如，空腔、环形容积、内部容积等等)，该密封真空区域在焊炬手柄38和焊炬头部40内围绕电导体36设置。然而，在某些实施例中，真空密封区域48可仅仅设置在焊炬手柄38内。也就是说，真空密封区域48可以不延伸到焊炬头部40中。例如，可改装具有真空密封区域48的焊炬手柄38来用于现有的焊炬16。

真空密封区域48用于减少从电导体36向外材料层50(例如，电绝缘的和/或热绝缘的层)的热传递，该外材料层围绕真空密封区域48设置。例如，密封真空区域48可具有大约0.0001至10、0.0002至8、0.0003至6、0.0004至4、0.0005至2或0.001至1帕斯卡的压力。围绕真空密封区域48设置的外材料层50可以是低导热的和/或低导电的材料，例如塑料、陶瓷、复合物、诸如不锈钢的金属或者其它合适的材料。在某些实施例中，焊炬16可进一步包括外部包覆模制层52，该外部包覆模制层可由模制或以其它方式设置在外材料层50之上的橡胶或者其它材料形成，并且可进一步减少从电导体36向使用焊炬16的操作者的热传递。例如，外材料层50和外部包覆模制层52可直接彼此相邻地设置。然而，在其它实施例中，焊炬16可以不包括外部包覆模制层52。

焊炬16可使用各种不同的方法来制造。也就是说，可使用不同的工艺来在真空绝缘焊炬手柄38内产生密封真空区域48。例如，可使用诸如烘箱真空铜焊之类的真空铜焊工艺或技术来在电导体36和外材料层50之间产生密封真空区域48。具体地，焊炬16可通过在提供真空环境的烘箱或熔炉内，围绕电导体36定位外材料层50来形成。换言之，烘箱或熔炉可在其内不具有空气，或者烘箱或熔炉内的环境可小于标准大气压力。例如，真空环境内的压力可以是大约0.0001至10、0.0002至8、0.0003至6、0.0004至4、0.0005至2或0.001至1帕斯卡。在烘箱或熔炉内部，外材料层50然后可围绕电导体36铜焊就位。例如，在所说明的实施例中，两个铜焊环54定位并且铜焊至在焊炬头部40的端部56处的外材料层和/或电导体36。附加地，外材料层50可铜焊至在焊炬16的焊炬基部42处的基部适配器58。在某些实施例中，焊炬16还可包括一个或多个铜焊环54，这些铜焊环定位并且铜焊至在焊炬16的焊炬基部42处的外材料层50、电导体36和/或基部适配器58。这样，真空密封区域48可得以产生并且由铜焊环54、外材料层50以及基部适配器58之间的连接部来密封。在铜焊完成之后，焊炬16可从烘箱或熔炉移除。在某些实施例中，外部包覆模制层52然后可施加于焊炬16的外材料层50。例如，外部包覆模制层52可模制、包裹或以其它方式粘合于外材料层50。

可意识到，生产焊炬手柄38的真空铜焊技术的使用可带来优于现有技术的益处和优点。例如，真空铜焊可使得能够产生高质量(例如，高强度和/或高完整性)并且清洁的铜焊接头。于是，可以以高质量(例如，能够长时间维持真空密封)生产焊炬16和手柄38内的真空密封区域48，由此延长焊炬16的可用寿命。附加地，真空铜焊技术可使得能够降低与焊炬16的生产相关联的成本(例如，制造和劳力成本)。

附加地，可意识到，围绕电导体36设置的真空密封区域48可比传统的焊炬冷却方法(例如空气冷却或液体冷却方法)更有效地隔离通过电导体36产生的热量。换言之，真空密封区域48可减小从电导体36向手柄38的热量传导和/或热对流。于是，可更紧凑地和/或更符合人机工程学地制造焊炬16。例如，在某些实施例中，焊炬16可具有供较高电流通过的较小电导体36，同时真空密封区域48充分地隔离在电导体36内产生的热量。使用具有较高电流的较小电导体36使得能够生产较小的焊炬16，改进焊炬16的人机工程性和可用性，同时仍使得能够产生足够高的焊接电流。

图4是用于制造或产生具有真空绝缘焊炬手柄38的焊炬16的方法60的工艺流程图。由框块62指示的第一步骤可以是提供焊炬电导体36。如上所述，电导体36配置成将来自电源管道18且由此来自电源12的电流传递至工件20。也就是说，电导体36用于促进在焊炬16和工件20之间产生焊接电弧44，用于焊接操作。在某些实施例中，电导体36可由无氧铜形成。接下来，外材料层50围绕焊炬电导体36定位(例如，径向地)，如框块64所指示。可意识到，外材料层50可具有与电导体36类似的几何形状，以基本上封围电导体36，同时仍在电导体36和外材料层50之间提供间隙、空间或环部(即，变为真空密封区域48)。外材料层50可由任何合适的材料形成，例如隔热和/或电绝缘的材料。例如，外材料层50可由陶瓷、塑料、聚合物或其它材料形成。

在外材料层50围绕电导体36定位之后，真空区域可在外材料层50和电导体36之间产生，如框块66所指示。例如，电导体36和外材料层50可放置在具有小于大气压力的环境例如真空烘箱或真空熔炉中。一旦产生真空区域，就可密封该真空区域以产生真空密封区域48。如框块68所指示，外材料层50可围绕电导体36固定，以密封真空区域并且产生密封真空区域48。如上所述，外材料层50可使用铜焊工艺(例如，在烘箱或熔炉内真空铜焊工艺)围绕电导体36固定。铜焊工艺可包括将铜焊环54铜焊至外材料层50，并且将外材料层50铜焊至焊炬16的基部适配器58。这样，可密封电导体36和外材料层50之间的环部或间隙，同时维持环部或间隙内的真空。

在产生密封真空区域48之后，焊炬手柄38可从真空环境移除(即，从真空烘箱或真空熔炉移除)。在某些实施例中，一个或多个附加的材料层可施加于焊炬手柄38。例如，如框块70所指示，外部包覆模制层52可添加至焊炬手柄38(例如，围绕外材料层50设置)以提供附加的绝缘层。例如，外部包覆模制层52可由陶瓷、塑料、聚合物或其它材料形成。然而，在其它实施例中，可以不包括外部包覆模制层52。

可意识到，可以以不同的顺序来执行图4中示出的方法60的步骤。例如，在所说明的实施例中，如框块66所指示，在外材料层50和电导体36之间产生真空区域之前，外材料层50围绕电导体36定位，如框块64所指示。换言之，在电导体36和外材料层50放置在真空环境例如真空烘箱或真空熔炉中之前，外材料层50围绕电导体36定位。然而，在其它实施例中，框块64和66的步骤可颠倒。也就是说，电导体36可放置在真空环境例如真空烘箱或真空熔炉内，并且外材料层50可随后放置在真空环境内并且围绕电导体36定位。

如上所述，本文的实施例涉及具有真空绝缘手柄38的焊炬16。焊炬16包括电导体36，其配置成使得焊接流(例如，电流)流过围绕电导体36的密封真空区域48和围绕真空密封区域48设置的外材料层50。密封真空区域48作为围绕电导体36的绝缘区域起作用，由此减少在焊接操作期间从电导体36向外材料层50并最终向操作者的手或设备的热传递。如上所述，围绕电导体36的密封真空区域48使得围绕电导体36设置的其它绝缘材料层的大小和/或体积减小，同时仍实现从电导体36向焊炬16(例如，焊炬手柄38)的外部的热传递的期望减小。于是，焊炬16对于用户或操作者而言可以更小、更轻且更具操纵性。附加地，真空绝缘式焊炬手柄38的增大的热保持和/或热绝缘使得较大的电流(例如，产生较高的焊接温度)能够用于较小的电导体36，由此进一步使得能够减小焊炬16的大小并且改进利用焊炬16生产的焊缝和铜焊的质量。

虽然在此已说明并描述了本发明的仅仅某些特征，但本领域技术人员可想到许多修改和改变。因此，应理解，所附权利要求书旨在覆盖落在本发明的真实精神内的所有这些修改和改变。