专利名称：等离子弧发生器喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明是关于焊接的，更具体地说，本发明是关于等离子焊接或切割的。
喷嘴在等离子弧发生器中起着关键的作用，它决定了等离子弧的品质。等离子弧焊接技术发展了近半个世纪，这项技术作为一种高能密度焊接方法与其它弧焊方法相比有其独特的优点。例如，它具有高熔透能力，在等离子弧“小孔”焊接模式下不开坡口可获得单道熔透12mm厚的金属对接焊缝。而且焊缝的深、宽比大，焊接效率高，焊接速度快，焊接质量好。
尽管如此，这项焊接技术始终未能在焊接工程生产中得到广泛的应用。其主要原因是该项技术的焊接过程的稳定性差，尤其是在“小孔”模式焊接条件下，“小孔”的稳定性决定了焊接过程的稳定性，而现有的等离子弧焊过程经常发生“双弧”现象，是造成等离子弧焊不稳定的直接原因；另一方面，形成等离子弧“小孔”模式焊接的物理条件是需要较高的电流密度，因为等离子弧的能量密度必须大于108W/m2，低于此能量密度不能形成“气化式”能量传输，在弧焊热传导模式下，不能产生“小孔效应”。等离子弧焊炬的喷嘴直径愈小，在给定电流条件下电弧的能量密度愈高。本专业的技术人员都知道，喷嘴直径也受到“双弧”物理现象的限制，因此对现有技术中的小直径喷嘴，只能在低电流条件下焊接薄板。基于上述原因，等离子焊接在工程生产中尚未获得到广泛实际应用。
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种结构简单，能有效提高等离子电弧能量密度，避免“双弧”，显著提高等离子弧焊“小孔”模式焊接过程稳定性的等离子弧焊发生器用的喷嘴。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
本发明的等离子弧发生器喷嘴包括连接孔道以及与其连通的等离子压缩孔，所述压缩孔置于喷头的中央；在所述喷头上环绕所述压缩孔设置直径小于0.5mm、均匀布置的微气孔，其数量在6个以上。
所述微气孔一圈8个、二圈16个、三圈24个。所述微气孔的直径为0.2～0.5mm。所述微气孔与连接孔道相通。所述微气孔相邻之间的间距为0.8～2mm。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步描述。
图1是本发明喷嘴结构示意图；图2a是本发明的喷嘴在等离子弧“小孔”模式下所产生的电弧形态；
图2b是现有等离子弧焊喷嘴在等离子弧焊“小孔”模式下所产生的电弧形态；图3a是本发明喷嘴在长时间使用后喷嘴未发生严重的烧损情况；图3b是现有等离子弧焊喷嘴由于“双弧”现象造成喷嘴严重烧损的情况。
在图中，本发明的喷嘴包括连接孔道1、等离子压缩孔2、喷头3、微气孔4。
所述连接孔道1用于与等离子焊枪的端部相连接，焊枪上的电极置于连接孔道1之中。所述连接孔道1与等离子压缩孔2相通。在喷嘴的喷头3上，环绕压缩孔2设置一系列的微气孔4。所述微气孔4必须均匀布置，微气孔4的直径以0.2～0.5mm为宜，当然，微气孔4的直径越小越好，不过太小的微气孔加工起来难度太大。微气孔4环绕在压缩孔2的周围，均匀布置，可以一圈布置8个微气孔，也可以两圈布置16个微气孔，或者三圈布置24个微气孔。当然，根据喷嘴喷头3的不同大小，微气孔4的数量作不同的变化。一般地说来，只要各微气孔不发生互相连通的现象，微气孔数量越多、孔径越小，效果越好。所述微气孔4必须与连接孔道1相通。
在本发明的喷嘴中，喷嘴中的等离子体电弧周围，被未电离的惰性气体(如氩气、氦气)所包围，并被冷却。由于喷嘴表面均匀分布冷气流，因此喷嘴表面与工件之间所产生的“双弧”现象得到了有效的避免。实验结果表明压缩孔2直径1.5mm的喷嘴产生“双弧”的电流提高到120A。此外，由于均匀分布气体的作用，从工件反射上来的等离子体电弧被抑制、消除，如图2a所示。这也是避免喷嘴“双弧”现象的另一个主要原因。
由于等离子电弧周围被冷却，被未电离的惰性气体所包围，因而产生电弧自收缩效应，电弧的能量密度获得显著提高。另外，对于给定的喷嘴直径，由于许用电流提高了50％～100％，因此等离子体电流密度及能量密度得到了很大的提高，因而电弧的穿透能力得到增强，焊接速度明显加快。
由于“双弧”现象与等离子喷嘴压缩孔2的孔径和结构关系密切，因此一般讲，对每一个孔径的喷嘴都有一个极限焊接电流，如超过此电流立即产生“双弧”现象。现有等离子弧焊喷嘴直径与许用电流如下表所示。
表喷嘴直径与许用电流
实验结果表明，对直径1.5mm，带有微气孔的喷嘴，在电流110A条件下，“小孔”模式能实现穿透6.5mm厚不锈钢板，焊速达到0.15M～0.2M/min。而对于现有技术的喷嘴，直径同样为1.5mm，最大许用焊接电流仅为75A，“小孔”模式完全穿透仅为4mm厚不锈钢板，焊速为0.1～0.12M/min。同样，对于带有微气孔的喷嘴，直径为2.4mm，在许用焊接电流200A条件下，“小孔”模式可焊接6.5mm厚不锈钢板，弧焊速度为0.27M～0.4M/min；而现有喷嘴最大许用焊接电流仅为120A，“小孔”模式6.5mm厚不锈钢板焊速仅为0.12～0.15M/min。由此可知，带有微气孔喷嘴显著的改进了等离子弧的性能，提高了电弧的能量密度。从而提高了电弧的穿透能力和焊接速度。
本发明能够显著提高喷嘴的使用寿命，由于带有微气孔喷嘴避免了“双弧”和抑制电弧的反射及液体熔池金属飞溅引起的喷嘴烧损，因此喷嘴寿命大大提高。普通喷嘴一般在正常使用条件下，经过短时间使用后喷嘴孔径就会由于烧损而变形，引起电弧能量密度的改变，严重时由于“双弧”或液态熔池金属的飞溅，喷嘴立即烧损而无法继续使用。而微气孔喷嘴由于冷气流的保护作用，避免“双弧”及金属飞溅。经过长时间焊接，喷嘴直径没有明显的改变，如图3a所示。这样保证了等离子电弧的物理特性和稳定性。
本发明还可增加等离子弧焊接电流调节范围，现有的等离子弧焊喷嘴由于“双弧”物理现象的限制，电流调节范围窄小，如直径1.5mm的喷嘴，电流调节范围50A～75A；而同样直径的带有微气孔喷嘴电流调节范围为50A～120A，电流调节范围提高约3倍。
本发明的带有微气孔的等离子发生器喷嘴不仅适用于等离子弧焊接，而且也适用于等离子弧切割。
本发明有下列有益效果1．结构简单，易于加工、制造。
2．能显著提高等离子弧焊接的电流密度。
3．能够有效避免产生双弧现象。
4．提高了焊接效率，降低了生产成本。
权利要求
1．一种等离子弧发生器喷嘴，包括连接孔道以及与其连通的等离子压缩孔，所述压缩孔置于喷头的中央，其特征是，在所述喷头上环绕所述压缩孔设置直径小于0.5mm、均匀布置的微气孔，其数量在6个以上。
2．根据权利要求1述的等离子弧发生器喷嘴，其特征是，所述微气孔与微气孔之间的距离为0.7～2mm。
3．根据权利要求1所述的等离子弧发生器喷嘴，其特征是，所述微气孔的布置为分圈均匀布置。
4．根据权利要求3所述的等离子弧发生器喷嘴，其特征是，所述微气孔的布置为第一圈8个，第二圈8～12个，第三圈8～16个。
5．根据权利要求1所述等离子弧发生器喷嘴，其特征是，所述微气孔的直径为0.2～0.5mm。
6．根据权利要求1所述等离子弧发生器喷嘴，其特征是，所述微气孔与连通孔道相通。
7．根据权利要求1所述等离子弧发生器喷嘴，其特征是，所述喷头的表面为平面。
全文摘要
本发明公开了一种等离子弧发生器喷嘴,它包括连接孔道以及与其连通的等离子压缩孔,所述压缩孔置于喷头的中央;在所述喷头上环绕所述压缩孔设置直径小于0.5mm、均匀布置的微气孔,其数量在6个以上。本发明结构简单,易于加工、制造;能显著提高等离子弧焊接的电流密度;能够有效避免产生“双弧”现象;提高了焊接效率,降低了生产成本。本发明的喷嘴不仅适用于等离子弧焊接,而且也适用于等离子弧切割。
文档编号B23K10/02GK1310310SQ00121599
公开日2001年8月29日 申请日期2000年8月15日 优先权日2000年8月15日
发明者张绍彬 申请人:张绍彬