专利名称：带可拆卸喷嘴末端部分的焊枪及其操作方法
技术领域：
本发明一般上涉及焊接系统，更具体地是涉及一种具有适合于从焊枪引导气体流动的喷嘴的焊枪。
背景技术：
焊接是连接或分割金属物体的方法。电弧焊接是一种常见的焊接类型。电弧焊接系统一般包括一个电源，该电源通过电缆与装有电极的焊枪连接。接地电缆用于将金属物体与电源连接。当电极靠着金属物体放置时，焊接把手内的电极在电源和金属物体之间形成电路，允许电流流经电极和金属物体。电流在电极和金属物体之间产生电弧。电弧的热量熔化电弧附近的金属物体。熔化金属中可加入填充材料。例如，焊条可以靠着金属物体的熔化部分，焊条被熔化并且熔化的焊条与熔化的金属物体相融合。一旦电极被拖离金属物体，则电路断开并且熔化的物质开始冷却并凝固，形成焊接。
MIG(金属惰性气体保护)焊接是一种电弧焊接。MIG焊接也叫做“焊条进给”或GMAW(气体保护金属电弧焊)。在MIG焊接中，金属焊条用作电极。焊条由惰性气体保护并且金属焊条作为焊接的填充物。惰性气体用于保护熔化的金属不受外部杂质和那些可与熔化金属发生反应的气体的影响。非惰性气体，如CO2，也可用于MIG焊接。
焊条和气体通过缆线与焊枪连接。用于MIG焊接和类似焊接系统的典型焊枪具有一个把手和一个从把手延伸出的颈部。焊条和气体通过该颈部被引导向工件。该颈部通常具有一个喷嘴组件，该喷嘴组件固定于颈部以便引导焊条和气体向工件流动。焊条是通过容纳在喷嘴组件内的触头来引导的。电流通过该触头从电缆耦合到焊条。另外，喷嘴组件的末端通常为圆锥形状，使从焊枪来的气流逐渐变细。典型的焊枪具有一个与送丝装置连接的开关，或者说扳机。当扳机被扳动时，焊条经过触头进给并且气体经过喷嘴被引导向工件。
在焊枪的作业过程中，触头需要频繁更换。许多触头是通过螺纹拧入焊枪的。然而，也使用无螺纹的触头设计。例如，带有凸轮表面的无螺纹触头设计已经有使用。当触头旋转时，该凸轮表面可将触头约束在一个固定的突起部上。
不幸的是，现有的无螺纹触头设计存在大量问题。例如，将触头约束在突起部的过程中会在触头内产生弯曲应力。另外，在现有无螺纹触头设计中，触头和喷嘴外部之间即触头-喷嘴凹部的距离会发生变化。在某些焊接应用中，尤其是在自动焊接系统中，不变的触头-凹部的距离是关键的。另外，焊接产生的熔化飞溅物会沉积在喷嘴的末端，最终需要更换喷嘴。因此，就研制出一种喷嘴，该喷嘴带有一个喷嘴主体和一个可拆卸的带螺纹的末端部分。然而，焊接飞溅会损害螺纹，或者螺纹会受到磨损，就需要一个工具，如扳手，将该带螺纹的末端部分从喷嘴主体上卸下。
因此就需要一种使用无螺纹触头设计的焊枪。此外，需要有这么一种焊枪，不使用工具就可安装和拆下触头。进一步，因此就需要有这么一种焊枪，该焊枪使用了不使用工具就可固定或者拆下的可拆卸喷嘴末端部分。最后，需要有一种可导致不变触头-凹部距离的带可拆卸喷嘴末端部分和/或无螺纹触头的喷嘴组件。
发明内容
本发明提供了一种带焊枪的焊接系统，该焊枪有一个可分离的喷嘴组件末端部分。该可分离末端部分可适合于在没有螺纹和不使用工具的情况下进行安装和拆下。该可分离末端部分可以是圆锥形的。可以用固定件，如定位环，将该可分离末端部分固定到喷嘴组件上。
按照本发明的另一方面，提供了一种装配焊枪的喷嘴组件的方法。该方法可包括安装或者拆下喷嘴的可分离末端部分。在不使用工具的情况下就能进行这种安装和拆卸。
在参考附图和阅读下面的详细描述后，本发明的前述优点以及其它优点将是明显的，其中图1是依照本发明典型实施例的MIG焊接系统的示意图；图2是依照本发明典型实施例的MIG焊枪的正视图；图3是图2的MIG焊枪的喷嘴组件分解图；图4和图5是依照本发明典型实施例的喷嘴组件的剖面图，说明了喷嘴组件的组成；图6是图4的喷嘴组件的端视图；图7是依照本发明典型实施例的另一种喷嘴组件实施例的剖面图；图8是另一种喷嘴组件实施例的分解图；和图9是依照本发明典型实施例的用于将可拆卸锥体固定到喷嘴上的定位环的一个实施例。
具体实施例方式
参见图1，其中示出了一个典型的金属惰性气体保护(MIG)焊接系统20。但是，本发明也可用于其他的焊条进给焊接系统，例如埋弧焊。图示的MIG焊接系统20包括电源/送丝装置22，装有气体25的气瓶24，电极焊条27的滚筒26，焊枪28，焊接缆线30，工作夹钳34和接地电缆32。在图示的实施例中，气体25和焊条27从电源/送丝装置22输送到焊接缆线30。焊接缆线30则将气体25和焊条27输送到焊枪28。电源/送丝装置22也可由独立的电源和独立的送丝装置所组成。
焊接缆线30还具有将大电流从电源/送丝装置22输送至焊枪28的导线(未示出)。电源/送丝装置22可操作以便控制焊条27向焊枪28的进给。而且，电源/送丝装置22还可用于控制气体25向焊枪28的流动。为了装配该系统，带有夹钳34的接地电缆32与电源/送丝装置22连接。夹钳34夹在工件36上使工件36与电源/送丝装置22电气连接。工作夹钳34和接地电缆32将电源/送丝装置22与工件36电气连接。而且，MIG焊接缆线30内的焊条27与电源/送丝装置22电气连接。
焊枪28用于朝着工件36引导焊条27。当焊条接触到工件36时，在工件36和电源/送丝装置22之间形成电路。电流从电源22开始，经过焊接缆线30、电极焊条27、工件36、工作夹钳34和接地电缆32，流回电源22。电弧在电极焊条27和工件36之间产生。电弧将电弧周围区域内的工件36熔化，形成焊接溶潭。电弧的热量将焊条27与工件36一起熔化，使得电极焊条27能作为焊接溶潭的一种填充材料。惰性气体25形成防护层，防止在焊接溶潭发生有害的化学反应。电弧去除后，焊接溶潭凝固形成焊接。
参见图1和图2，焊枪28包括把手38，扳机40，颈部42和喷嘴组件44。颈部42用锁紧螺母46固定到把手38上。MIG焊接缆线30还具有与扳机40电气连接的电缆(未示出)。扳机40使得使用者可以控制来自电源/送丝装置22的电极焊条27和电力供应。扳机40扳动时，会发生一系列动作。一个动作是电源/送丝装置22从焊条滚筒26拉出焊条27并将其通过MIG焊接缆线30进给到焊枪28。同样，电力从电源/送丝装置22供应至焊条27。也可使焊枪适合于通过扳机40去控制从气瓶24来的气体25流量。然后，焊条27和气体25经过颈状组件42朝工件36进给。喷嘴组件44将焊条27和气体25向目标36引导。扳机40释放后，焊条27和电流不再向焊枪28进给。
参见图3，喷嘴组件44包括气体扩散器48、触头50和喷嘴52。气体25从焊接缆线30和焊枪28流到气体扩散器48。气体扩散器48用于形成所要求的气体25的流动特性。喷嘴52用于将气体25从气体扩散器48朝工件36引导。触头50用于从焊枪28引导焊条27并传导从焊接缆线30到电极焊条27的电流。如果电流是通过电极焊条的整个长度传导的，那么在焊接过程中，从典型电源/送丝装置22来的大电流会损坏电极焊条27。因此，不是利用电极焊条，而是利用焊接缆线30来传导从电源/送丝装置22到焊枪28的大部分或全部的电流。触头50用来将流经焊接缆线30的电流传送到电极焊条27。触头50通过颈部42和气体扩散器48与焊接电缆30电气连接。
在图示的实施例中，触头50通过与气体扩散器48和喷嘴52的紧靠固定在焊枪28内，而不是将触头50螺纹拧入气体扩散器48内。触头50有一个延伸穿过触头50全长的通道54，用于引导电极焊条27穿过触头50。另外，通道54用于使电极焊条27与触头50接触，使电流可以从触头50传导至电极焊条27。在图示的实施例中，通道54限定了一轴线，该轴线直线地穿过触头50、气体扩散器48和喷嘴50。另外，在该实施例中，触头50对称于该轴线。
在图4中表示得最清楚，触头50有一端面56和一肩部60，端面56适于紧靠气体扩散器48的支撑面58，肩部60环绕触头50延伸以便和喷嘴52啮合。在图示的实施例中，端面56对称地围绕着触头50。优选地，触头50的端面56和气体扩散器48的支撑面58适合于密封啮合，以防止气体从气体扩散器48和触头50之间泄漏。在图示的实施例中，端面56和支撑面58逐渐变细，总体上是圆锥形。然而，端面56和支撑面58可以是曲线形或者其它可相互紧靠和/或可密封啮合的形状。在图示的实施例中，肩部60从触头50伸出并且适合于被紧靠。在该实施例中，肩部60对称地围绕着触头50。
在图示的实施例中，当喷嘴52固定于气体扩散器48上时，喷嘴52和触头50就固定在了焊枪上。喷嘴52具有喷嘴主体62、喷嘴衬套64、和布置在喷嘴衬套64和喷嘴主体62之间的绝缘材料层66。在图示的实施例中，喷嘴主体62有一锥形部分68，用于引导气体25向工件36流动。喷嘴衬套64有螺纹部分70，它适合于与气体扩散器48的螺纹部分72螺纹啮合。在图示的实施例中，喷嘴衬套64有一环形部分74，它适合于与触头50的肩部60啮合。环形部分74有开孔75，触头50通过该开孔延伸穿过喷嘴衬套64。环形部分74可以是独立可拆装的固定件，如定位环或止动环。
优选地，肩部60环绕触头50的整个圆周延伸，并且横向于触头50的轴线，使其与喷嘴衬套64的环形部分是面对面的关系。除了图中示出的肩部60，触头还可采用其它类型的突起。例如，触头可采用彼此隔开位于触头圆周不同位置的多个独立的突起。另外，固定件，如定位环或止动环，可固定在触头上作为一个突起。
在将喷嘴52固定到气体扩散器48之前，触头50位于气体扩散器48和喷嘴52之间。因为图示的实施例是关于触头50的轴线对称的，因此触头50可以以任意的旋转方向置于气体扩散器48和喷嘴52之间。如图所示，在环形部分74和触头50的肩部60之间留有间隙76。然而，触头50也可在将触头50靠气体扩散器48放置之前，通过喷嘴衬套64放置。相应地，间隙76可以是在气体扩散器48和触头50之间，而不是在触头50和喷嘴衬套64之间。
图5表示的最清楚，当喷嘴52被拧到气体扩散器48上时，喷嘴52朝着气体扩散器48移动，如箭头77所示。喷嘴衬套64的环形部分74紧靠触头50的肩部60，并推动或者说保持触头50轴向地靠着气体扩散器48，使触头50的端面56与气体扩散器48的支撑面58紧靠，从而将触头50锁固在气体扩散器48和喷嘴52之间。优选地，喷嘴衬套64的环形部分74环绕喷嘴52的内部延伸。
参见图4～图6，气体25从颈部42经由进口腔78进入气体扩散器48。在图示的实施例中，气体扩散器有多个用于将气体25排出气体扩散器48的出口孔79。另外，喷嘴52的环形部分74有多个气体输送孔80。气体输送孔80可以是圆孔，或者是狭缝。气体输送孔80使气体25能穿过环形部分74并进入喷嘴52的锥形部分68。与以前的喷嘴实施例不同，图示实施例的气体输送孔80平行于触头50延伸，这样就改善了从喷嘴52流出的气体25的流动特性。
参见图7～图9，示出了喷嘴82的另一个实施例。在该实施例中，使用了一个可分离锥体84。该可分离锥体84适合于在不使用工具的情况下，将其固定到喷嘴主体86上或从喷嘴主体86上拆下。在图示的实施例中，可分离锥体84包括锥形部分88，筒状部分90和环形圈部分92。可分离锥体84的筒状部分90布置在喷嘴主体86的内部。环形圈92限制了可分离锥体84进入喷嘴主体86的运动。在图示的实施例中，筒状部分90有外部凹槽94，喷嘴主体86有相应的内部凹槽96。然而，筒状部分90和喷嘴主体86也适合于相反的情况，也就是，筒状部分90可以有内部凹槽96而喷嘴主体86可以有外部凹槽94。另外，在该实施例中，弹性定位环98布置在可分离锥体84的外部凹槽94内以便将锥体84固定到喷嘴主体86上。然而，其它的元件，如止动环，也可用来将可分离锥体84固定到喷嘴主体86上。
在图示的实施例中，可分离锥体84的筒状部分90被压进喷嘴主体86内而将锥体84固定到喷嘴主体86上。在锥体84的安装过程中，当锥体84的筒状部分90插入喷嘴主体86内时，定位环98被压缩。使用者可压缩定位环98或者可用喷嘴主体86来压缩定位环98。当定位环98到达喷嘴主体86的内部凹槽96时，定位环98向外膨胀进入内部凹槽96。在图示的实施例中，定位环98填充了锥体84外部凹槽94和喷嘴主体86内部凹槽96的一部分，从而防止了锥体84和喷嘴主体86的位移并将锥体84固定到喷嘴主体86上。
在图示的实施例中，定位环98的力量足够将锥体84固定到喷嘴主体86上，但是还是可被使用者克服。使用者抓住锥体84并将锥体84拉离喷嘴主体88，就将可分离锥体84从喷嘴主体88上卸下。环形圈部分92帮助使用者去抓住可分离锥体84。然后，一个新的可分离锥体84和/或定位环98可被固定到喷嘴主体86上。这样，不必使用工具，可分离锥体84就可被固定到喷嘴52上和被拆下。
上述实施例提供了无螺纹的触头和可分离锥体。另外，由于是通过将具有相对大直径的喷嘴螺纹拧到气体扩散器上、而不是拧到触头上来实现触头固定的，因此，在喷嘴组件上固定触头或者从喷嘴组件上拆下触头都不需要任何工具。另外，不使用工具，就可将该锥体固定到喷嘴上或者从喷嘴上拆下。而且，在图5和图7中说明的最清楚，更换触头和喷嘴的锥形部分时，上面所提供的实施例可使位于触头50末端102和喷嘴52锥形部分88的出口孔104之间的触头-喷嘴凹部100保持不变。
尽管本发明可容许各种修改和变更形式，但附图中示出的和此间给予详细说明的则仅为示例。然而，应当理解这并不意味着将本发明限制于所公开的具体形式。更确切地说，通过后附的权利要求书，本发明覆盖了落入本发明的精神和范围内的所有修改、等价替换和可选方案。
权利要求
1.一种用于焊枪的喷嘴组件，包括适合于从焊枪引导气体流的第一元件，该第一元件包括适合于接纳固定件的第一凹槽，该固定件用于将第一元件固定到第二元件上。
2.根据权利要求1中所述的喷嘴组件，其中，第一凹槽布置在第一元件的外表面上。
3.根据权利要求1中所述的喷嘴组件，还包括第二元件，第二元件有一个适合于接纳固定件的第二凹槽。
4.根据权利要求1中所述的喷嘴组件，包括固定件，其中，该固定元件适合于伸展到位于第二元件内的第二凹槽内。
5.根据权利要求1中所述的喷嘴组件，其中，第一元件有一个锥形部分。
6.一种用于焊枪的喷嘴组件，包括第一元件，该第一元件适合于引导气体流经其内；和第二元件，其中，第一元件可以无螺纹啮合方式可拆卸地固定于第二元件上。
7.根据权利要求6中所述的喷嘴组件，还包括一个固定件，该固定件适合于将第一元件可拆卸地固定到第二元件上。
8.根据权利要求6中所述的喷嘴组件，其中，第一元件基本上是圆锥形形状。
9.一种用于焊枪的喷嘴组件，包括第一元件；和出口元件，该出口元件适合于引导从焊枪流出的气体，其中，该出口元件适合于通过出口元件相对于第一元件的直线运动固定到第一元件上。
10.一种用于焊枪的喷嘴组件，包括第一元件，其内布置有凹槽，该凹槽适合于接纳用于将喷嘴元件固定到第一元件的固定件。
全文摘要
一种带可拆卸末端部分的焊枪。该末端部分适合于从焊枪引导气体。该末端部分是圆锥形的。不使用工具就可将该末端部分拆下。该末端部分还适合于以直线运动的方式固定到焊枪和/或从焊枪上拆下。一种装配焊枪的方法。该方法包括推动喷嘴末端件和喷嘴主体，使它们啮合而将喷嘴末端件固定到喷嘴主体上。
文档编号B23K9/16GK1490110SQ03149789
公开日2004年4月21日 申请日期2003年8月6日 优先权日2002年8月9日
发明者吉斯，威廉R. 申请人:伊利诺斯器械工程公司