专利名称：保护焊接器具接触末端的装置和方法
技术领域：
本发明总的涉及焊接系统，且特别涉及一种具有绝热器以保护接触末端的送丝焊接器具。
背景技术：
焊接是可用于将金属件连接或者分开的方法。焊接工艺中典型的一种是电弧焊。电弧焊系统通常包括与焊接器具相连的电源。一个电极通过焊接器具进行连线并与电源电连接。而且，一条导电缆线夹在工件上并连线回到电源。当电极接近或接触工件时，在电极和工件之间产生电弧。电流从电源通过电极流到工件，并通过导电缆线回到电源。电弧产生的热熔化该工件或多个工件。当电弧消失时，熔化的金属即冷却，使熔料凝固。
一种典型的电弧焊系统是金属惰性气体(MIG)保护焊。惰性气体保护焊又名“送丝”焊接或气体保护金属电弧焊(GMAW)。在MIG焊接中，焊丝起电极的作用。由送丝器供给的焊丝在焊接电缆中通过，该焊接电缆的一端连接到电源，另一端连接到焊接器具。通常，焊接器具具有与焊接电缆电连接的接触末端。由于焊丝通过接触末端，所以电流通过焊接电缆和接触末端流入电极焊丝。典型地，电弧生成的热将电极焊丝熔化，产生了与熔化的金属相结合的填充材料，为了防止杂质和污染物进入熔化金属，使用惰性气体在熔化金属周围形成保护。惰性气体通常与电极焊丝一起通过焊接器具。通过按住焊接器具上的触发器，使使用者能够同时开启送丝装置和惰性气体流。
在无保护MIG焊接中，对电极焊丝加以选择，能够避免对于保护气体的需要。在此类焊接中，使用管状金属电极焊丝。管状焊丝在内部具有焊剂，防止碎裂和剥落。与实心焊丝相比，例如连同惰性气体一起使用的实心焊丝，管状金属电极焊丝通常能够在更高的电压和安培数设置下焊接更厚的金属。
另一种形式的电弧焊称为埋弧焊。与MIG焊接中使用惰性气体相反，埋弧焊使用粒状焊剂来保护熔池。当使用者推进焊接器具时，粒状焊剂堆积在电极前面，从而使电弧埋没在焊剂层中。熔化的熔池由此受到周围焊剂的保护，不受杂质和污染物的影响。而且，与电弧邻接处的焊剂提供了一个渣层，能够改善焊接质量并隔离空气。
在典型的MIG和埋弧系统中，接触末端由铜或铜合金制成。但是，已经知道，这些接触末端在较短的使用期后就会损坏，尤其是在使用管状电极焊丝的时候。需要一种技术，增长焊接器具的接触末端的寿命。更具体地说，需要一种方法，增长用于管状电极焊丝的或者是用于埋弧焊中的接触末端的寿命。
发明内容
本技术可解决以上提出的一个或多个问题。根据本技术的一个方面，其特征是一种新型陶瓷接触末端延长部分。该陶瓷延长部分可包括锆基材料，例如硅酸锆或氧化锆。
根据本发明的另一方面，其特征是新型的送丝焊接系统。该焊接系统可包括电源、送丝装置、以及用于接纳来自送丝器的管状金属电极焊丝的焊接器具。该焊接器具具有与接触末端相连的陶瓷接触末端延长部分，陶瓷接触末端延长部分与管状金属电极焊丝一起工作。
根据本技术的另外一方面，其特征是用于保护接触末端的方法。该方法包括将接触末端的一部分热绝缘的步骤。
通过参考附图并阅读以下详细说明，本发明的上述及其他的优点和特性将变得清晰，在附图中图1为根据本技术的一个示例性的实施例的MIG焊接系统的示意图；图2为根据本技术的一个示例性的实施例的MIG焊枪的主视图；图3为图2的MIG焊接枪的分解图；图4为接触末端和接触末端延长部分的一个示例性的实施例的透视图；图5为图4所示的示例性的接触末端和陶瓷接触末端延长部分的剖视图；图6为根据本技术的一个示例性的实施例的埋弧焊接系统的示意图；图7为根据本技术的一个示例性的实施例的埋弧焊焊枪的主视图；以及图8为图7中埋弧焊焊枪的分解图。
具体实施例方式
参考图1，此图示出了一示例性的便携式MIG电弧焊系统12。但是，本技术也适用于其他类型的电弧焊系统，例如固定的系统和埋弧焊系统。所示的本实施例包括具有焊丝盘16的电源/送丝装置14。电源/送丝装置14从焊丝盘16处接纳电极焊丝18并将电极焊丝18引导到焊枪22的焊接电缆20中。但是，本技术也适用于焊枪以外的焊接器具，例如焊接机器人。
在所示的实施例中，电极焊丝18为管状的，且由金属制成。可将粒状焊剂置于管状金属电极焊丝18内。焊接电缆20具有用于从电源/送丝装置14向焊枪22供电的导线。在此实施例中，电源和送丝装置是结合在一起的。但是，电源和送丝装置也可以是分开的装置。
焊枪适于接纳电极焊丝18并将电源通过焊接电缆20中的导线连接到电极焊丝18。此外，焊枪22还适于控制焊接系统12的操作。在此实施例中，焊枪22具有通过焊接电缆20与电源/送丝装置14电连接的触发器24。在此实施例中，当操作触发器24时，电极焊丝18从电源/送丝装置14中送进。通过焊接电缆20将焊丝18引导到焊枪22的颈部26。
工件28电通过接地夹30和接地电缆32连接到电源/送丝装置14的一个接线端子。当电极焊丝18接近或接触工件28，在焊丝18和工件28之间产生电弧时，就完成了在工件28和电源/送丝装置14之间的电路回路。通过电弧流入工件28中的电流所产生的热量，使得工件28在电弧附近熔化，同时也熔化电极焊丝18。在所示的实施例中，存储在气瓶36中的气体34用于防止杂质进入熔化的熔池。然而，也可以采用其他提供保护气体的方法。
在所示的实施例中，气瓶36将气体34供给到电源/送丝装置14。气体34与电极焊丝18一起通过焊接电缆20进给到焊枪22的颈部26。颈部26具有喷嘴部件27以将气体34向工件28引导。触发器24也可以控制从焊枪22喷出的气体34的气流。然而，也可以通过其他的方法控制气体34的气流，例如阀门。惰性保护气体34防止杂质进入熔池降低焊缝的完整性。
参考图2，图2更详细地示出了焊枪22。如上所述，采用焊枪22用来从焊接电缆20接纳电极焊丝18和气体34并将它们引向工件28。焊枪22包括可用于固定焊枪22的手柄38。在所示的实施例中，设置有悬挂钩40使焊枪22能够挂在固定物上。所示的焊枪还具有触发器24。触发器24能够偏移，从而在放开该触发器时关闭焊接系统。在此实施例中设置有触发器锁定件42，以便将使用者从一直保持按下触发器24的工作中解脱出来。
在此实施例中，将电极焊丝18从焊接电缆20引导到颈部26中。颈部26将气体34和电极焊丝18引导到喷嘴部件27处。喷嘴部件27又将气体34和焊丝18引向工件28。喷嘴部件27用于引导气体34，从而形成一屏障以防止污染物进入由电极焊丝18的电弧产生的熔池。
参考图3，图3是焊枪22的分解图。在所示的实施例中，手柄38是两件套组件，用于在手柄28的内部接纳焊接电缆20。一对导线44也与焊接电缆20相连。在此实施例中，导线44被引入手柄38的内部，从而能将导线44连接到触发器24。在此实施例中，当按下触发器24时，导线44被电连接。接通的导线44为电源/送丝装置14提供一个信号，以便将电极焊丝18向前送进。该信号也可以控制电源/送丝装置14给焊接电缆20供电和/或从气瓶36提供气体34的气流。在所述的实施例中，手柄38的两侧由螺钉46和螺母48固定到一起。
在此实施例中，电流从电源/送丝装置14通过接触末端50引入到电极焊丝18。电流通过焊接电缆20和颈部26接通到接触末端50。在此实施例中，接触末端50通过螺母52保持与颈部26连接。然而，也可以采用其他的方法来固定接触末端50。例如，可以将接触末端50拧入位于接触末端50的卡圈54周围的螺母52，并拧到颈部26的螺纹56上。螺母52和螺纹56之间的接合使接触末端卡圈54与颈部26相连接，从而将接触末端50固定到焊枪上。接触末端50也可以在喷嘴部件27内部与其他组件邻接。
接触末端50由导电金属制成，例如铜。已经发现，接触末端不仅被流过接触末端的电流加热，也被从电极焊丝和熔池传导到接触末端的热量加热。此热量会缩短接触末端的寿命。当接触末端温度升高时，它就变得较为有延展性并易于磨损。材料的电阻影响电流产生的热量。对于相同的电流，材料的电阻越大产生的热量越多。电极焊丝的电阻通常大于接触末端的电阻，从而导致在焊丝工作期间出现显著的电阻加热现象。
此外，已经发现，在焊接系统中使用管状电极焊丝时接触末端的寿命比使用固体电极焊丝时要短得多。还发现，这些接触末端寿命缩短的一个因素是通过管状电极的电流所产生的热。对于相同的直径来说，管状电极焊丝的电阻，即使带有金属粉末芯，也要大于固体电极焊丝的电阻，因为电流主要只流过焊丝的筒状部分。该较大的电阻使得管状金属电极焊丝更快地加热到较高的温度，并因此比实心焊丝熔化得更加迅速。对于相同的电流管状电极焊丝的加热使得管状电极焊丝能够产生大于固体电极焊丝的焊着率。然而，已经发现，管状电极焊丝产生的热量也导致接触末端的寿命缩短。
在所示的实施例中，接触末端延长部分58用于将接触末端50与熔池和超出接触末端50的管状电极焊丝热隔离开，从而减少传到接触末端50的热量。接触末端延长部分58还增加了接触末端50和熔池之间的距离，也减少了传导到接触末端50的热量。在此实施例中，接触末端延长部分58由陶瓷材料制成。优选地，接触末端延长部分58由锆基陶瓷制成，例如氧化锆或硅酸锆。硅酸锆的硬度为接触末端延长部分58提供了理想的磨损特性，所以它不会轻易地腐蚀、碎裂和/或剥落。接触末端50和接触末端延长部分58都容纳在喷嘴部件27内部。
参考图4和图5，在此实施例中，接触末端延长部分58具有螺纹60，用于使接触末端延长部分58拧到接触末端50相应的螺纹62上。然而，也可通过其他的方法将接触末端延长部分58固定到接触末端50上，例如粘合、沉积或铸造成形等等。金属接触末端50通过通道64接纳电极焊丝18。在此实施例中，通道64的直径略大于电极焊丝18的直径。当电极焊丝18通过接触末端50时，电极焊丝18将接触通道64的侧面，从而将电流从接触末端50传导到电极焊丝18。在此实施例中，接触末端50具有圆柱形的主体部分66，该主体部分的直径略小于卡圈54的直径。所示的接触末端50具有尾部68，其直径略小于接触末端50的螺纹部分62的直径。尾部68用于将接触末端延长部分58引导到接触末端50上。
如在图5中所示，接触末端延长部分58的顶面70和接触末端50的肩部72适于邻接。此外，在此实施例中，接触末端延长部分58内部有第一表面74，用于与接触末端50的底面76相邻接。接触末端延长部分58内部的第二表面78用于与接触末端50的相应表面80相邻接。此外，接触末端延长部分58具有通道82，用于让电极焊丝18穿过。优选地，接触末端延长部分通道82和接触末端通道64形成一连续的通道。
参考图6，图6示出了一个示例性的埋弧焊系统84。如同在MIG焊接中，电弧在电极焊丝18和工件28之间生成，从而形成埋弧焊中的焊接点。然而，在埋弧焊中，电弧埋在焊剂内部以保护熔化的熔池不会吸收杂质。在所示的实施例中，用于从焊剂源90接收焊剂88的电源/送丝装置86，被用来将焊剂88通过软管92传送到埋弧焊枪100。在本技术的其他的实施例中，焊剂软管92可以直接连接到焊剂源90。
参考图6到图7，所示的埋弧焊枪100具有焊剂分配组件102，用于将焊丝18和焊剂88引导到工件28。焊剂分配组件102通过颈部104接纳电极焊丝18，并通过与焊剂软管92相连的焊剂颈106接纳焊剂88。焊剂分配组件102将电极焊丝18和焊剂88流合并在一起。焊丝18和焊剂88通过喷嘴部件108从焊剂分配组件102流出，从而将电极焊丝18产生的电弧埋在焊剂88中。位于熔池附近的焊剂88被加热到熔融状态并引入到焊缝。未使用的焊剂可以循环使用。
参考图7，焊剂分配组件包括焊剂分配器108和围绕着焊剂分配器108的外壳110。在此实施例中，焊剂软管92在手柄38的外部走线。焊剂软管92与焊剂颈106配合，而焊剂颈106与焊剂分配器108配合。焊剂分配器108引导焊剂88的焊剂流，使得电极焊丝18在电弧冲击工件28的点上完全埋在焊剂88内部。
在此实施例中，埋弧焊枪100与电极焊丝18通过接触末端50电连接。在此实施例中，接触末端50通过螺母52保持与颈部112连接。然而，也可以采用其他的方法来固定接触末端50。螺母52位于接触末端50的卡圈54周围，并拧入位于颈部112的螺纹56上。螺母52和螺纹56之间的接合使接触末端卡圈54与颈部112相邻接，从而将接触末端50固定到焊枪上。接触末端50也可以与埋弧焊枪100内的其他组件邻接。
如以上所述的MIG焊枪22一样，所示的埋弧焊枪100利用接触末端延长部分58来增加接触末端50与熔化的熔池之间的距离，并且将接触末端50热隔绝，从而减少从工件28的熔化熔池传导到接触末端50的热量。
在能够对本发明进行各种修改和替换的同时，具体的实施例是以附图中示例的方式示出的并在此处进行了详细说明。然而，应该理解，本发明并不意味着只限于以上公开的具体形式。相反，本发明含盖了处于所附权利要求中确定的本发明的要旨和范围内的所有的修改、等同物和替换形式。
权利要求
1.一种用于保护送丝焊接系统的接触末端的装置，包括能够固定在接触末端上的接触末端延长部分，该接触末端延长部分具有适用于在其中接纳电极焊丝的通道，其中，该延长部分包含锆。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，接触末端延长部分适用于引导电极焊丝通过通道。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，接触末端延长部分以可拆卸的方式固定到接触末端的第一末端。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于，接触末端和接触末端延长部分以互补方式螺纹连接。
5.根据权利要求3的装置，其特征在于，接触末端延长部分包括适用于与相应的接触末端肩部紧靠连接的肩部。
6.根据权利要求3的装置，其特征在于，接触末端延长部分适用于将接触末端的第一末端热隔离。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于，接触末端延长部分包含硅酸锆。
8.根据权利要求1的装置，其特征在于，接触末端延长部分包含氧化锆。
9.一种送丝电弧焊系统，包括用于将管状金属焊丝与电源电连接的焊接器具，该焊接器具包括用于将电流传导到管状金属焊丝的接触末端；以及以可拆卸方式固定在接触末端上的接触末端延长部分，其中，接触末端延长部分适用于在其中接纳管状金属电极。
10.根据权利要求9的电弧焊系统，其特征在于，接触末端延长部分包含锆。
11.根据权利要求10的电弧焊系统，其特征在于，接触末端延长部分包含氧化锆。
12.根据权利要求10的电弧焊系统，其特征在于，接触末端延长部分包含硅酸锆。
13.根据权利要求9的电弧焊系统，其特征在于，管状金属焊丝包含置于其中的焊剂。
14.根据权利要求9的电弧焊系统，其特征在于，接触末端延长部分适用于引导管状金属焊丝通过其中。
15.用于送丝焊接器具的配套件，包括适用于将电源与通过接触末端设置的电极焊丝电连接的接触末端；以及设置在接触末端的一部分上的锆基材料。
16.根据权利要求15的配套件，其特征在于，锆基材料包含氧化锆。
17.根据权利要求15的配套件，其包括固定到接触末端的延长部分，其中，延长部分包含硅酸锆。
18.一种埋弧焊系统，包括适用于引导电极焊丝以及焊剂的运动的埋弧焊器具，其包括适用于引导焊剂流动的喷嘴部件；设置在喷嘴部件内的接触末端，适用于将电流引导到电极焊丝；以及固定在接触末端上的陶瓷的接触末端延长部分。
19.根据权利要求18的系统，其特征在于，电极焊丝为管状。
20.根据权利要求18的系统，其特征在于，陶瓷接触末端包含锆。
21.根据权利要求20的系统，其特征在于，陶瓷的接触末端延长部分包含硅酸锆。
22.根据权利要求20的系统，其特征在于，陶瓷的接触末端延长部分包含氧化锆。
23.一种保护电弧焊系统的接触末端的方法，包括以下步骤将接触末端的至少一部分热隔离，以减少从外部传递到接触末端中的热量。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于，热隔离步骤包括将硅酸锆接触末端延长部分固定在接触末端上。
25.根据权利要求24的方法，其特征在于，包括通过接触末端和接触末端延长部分进给电极焊丝的步骤。
26.根据权利要求25的方法，其特征在于，进给步骤包括通过接触末端和接触末端延长部分进给管状电极焊丝。
27.一种用于保护电弧焊器具的接触末端的系统，包括适用于将电流传导到穿过其中设置的电极焊丝的接触末端；以及设置在接触末端的第一部分上的陶瓷材料，用于将接触末端与电弧焊器具外部产生的热进行热隔离。
28.根据权利要求27的系统，其特征在于，陶瓷材料包含固定到接触末端的延长部分部件。
29.根据权利要求28的系统，其特征在于，陶瓷材料包含锆。
30.根据权利要求29的系统，其特征在于，延长部分部件包含硅酸锆。
31.根据权利要求29的系统，其特征在于，延长部分部件包含氧化锆。
32.根据权利要求27的系统，其特征在于，该第一部分包含接触末端的端部。
33.根据权利要求32的系统，其特征在于，陶瓷材料包含锆。
34.根据权利要求33的系统，其特征在于，陶瓷材料包含硅酸锆。
35.根据权利要求33的系统，其特征在于，陶瓷材料包含氧化锆。
36.一种操作埋弧焊系统的方法，包括以下步骤使管状金属焊丝通过接触末端行进；以及在接触末端上设置绝热体，以防止由电阻加热在管状金属焊丝中生成的热量的至少一部分传递到接触末端。
37.根据权利要求36的方法，其特征在于，设置绝热体的步骤包括将硅酸锆接触末端延长部分固定到接触末端上。
全文摘要
根据本技术的一个方面，其特征是一种新型陶瓷接触末端延长部分。该陶瓷延长部分可包括锆基材料。根据本发明的另一方面，其特征是新型的送丝焊接系统。该焊接系统可具有电源；具有与电源电连接的焊丝送丝装置；以及用于从送丝装置接纳管状金属焊丝的焊接器具。焊接器具具有接触末端以及接触末端延长部分。根据本技术的另外一方面，其特征是用于保护接触末端的方法。该方法包括将接触末端热隔离。
文档编号B23K9/12GK1498711SQ20031010259
公开日2004年5月26日 申请日期2003年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者詹姆斯·M·基根, 詹姆斯 M 基根 申请人:伊利诺斯工具公司