专利名称：自清洁焊接喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于气体保护金属极电弧焊(GMAW)的焊接喷嘴类型，其中焊接喷嘴 用于给弧焊操作提供保护气体。更具体地，本发明涉及一种具备自清洁特征的具有叠层结 构的焊接喷嘴。
背景技术：
气体保护金属极电弧焊(GMAW)非常普遍地用于焊接各种类型的金属，其中弧焊 设备与保护气设备相结合，保护气设备用于在焊接部位提供气体保护。保护气体可以是诸 如氩气或氦气的惰性气体、诸如二氧化碳的大体不反应的气体、或者它们的组合物，保护气 体包括其它气体，例如氧气。保护气体的选择通常取决于被焊接的金属的类型。
如本领域公知的，GMAW设备利用供给到焊条的电流源，该电流源通常为直流电源 (D. C.)。电流从焊条的顶部流到与焊条顶部隔开一段较短距离的工件，在该位置对工件进 行焊接，同时保护气体充斥焊接点的周围。为了以安全且有效的方式进行GMAW，使用提供用 户控制或机器人控制的焊枪，该焊枪包括GMAW喷嘴，在GMAW喷嘴处设有焊条和用于保护气 体的输送孔。在美国专利4， 954， 690和美国专利7， 105， 775中例举了焊枪示例。
转而参照图1A至图IC，将描述典型的GMAW喷嘴的细节。 如图1A和图IB中大体示出的，GMAW喷嘴组件10包括通过螺纹部10a可拆除地 连接到焊枪的鹅颈部件14的GMAW喷嘴12。 GMAW喷嘴12包括具有开口端16a的大体为圆 筒形的保护壳体16。鹅颈部件14包括内部焊条进给件18，具有从保护壳体的开口端突出 的焊条顶部20a的线状焊条20连接到该内部焊条进给件；焊条接触管22，其用于将焊接电 流输送到焊条；以及保护气体通路24，其包括连通孔24a，保护气体G经由该连通孔被输送 到保护壳体16，从而在喷嘴的开口端16a处流动地离开喷嘴。 如图1C所示，在GMAW喷嘴组件10工作一段时间之后，保护壳体的内部保护表面 16b积聚有堵塞开口端16a的焊渣26。该状况非常麻烦，因为它不仅限制或误导保护气体 的涌流，而且它会对焊条的正常功能产生负面影响。这些问题中的任一问题都会对提供给 工件的焊接质量产生负面影响。因此，需要定期维护系统来清理积聚的残渣，并在残渣不能 被清理时更换GMAW喷嘴。定期保养喷嘴防护件的需要致使成本提高，包括GMAW的停用时 间也增加。 因此，本领域仍需要提供一种不具有如现有技术的GMAW喷嘴现在所遭受的焊渣 积聚缺点的GMAW喷嘴组件。
发明内容
本发明是一种不具有如现有技术GMAW喷嘴现在所遭受的焊渣积聚缺点的GMAW喷 嘴组件，其中GMAW喷嘴的内表面的特征在于叠层组，在操作过程中该叠层组的层接连地脱 离，从而连续地提供清洁的GMAW喷嘴内表面。 根据本发明的自清洁GAW喷嘴的特征在于，喷嘴的内表面设置有叠层组，叠层组
3优选地由连续交替的金属层和热敏粘结材料层组成。合适的叠层组的非限制性示例是由同 心的铜层构成的层列，该同心的铜层之间插入同心的热敏聚合物层，并通过同心的热敏聚 合物层相邻地粘结。 在该自清洁GMAW喷嘴的操作中，在使用一段时间之后，焊渣开始积聚在保护壳体 的内表面上，根据本发明，保护壳体的内表面是叠层组的最外金属层。随着焊接热量持续相 同的时间阶段，最外粘结材料层对最外金属层和相对设置的相邻(下一最外)金属层的粘 附解除(即，粘结失效)。这样一来，最外金属层脱离并在流动的保护气体的作用下被吹出 自清洁GMAW喷嘴，由此露出恰好在下面的金属层，S卩，之前的下一最外金属层，该下一最外 金属层此时为没有焊渣的新的最外金属层。该过程持续至所有金属层接连地露出，之后便 需要更换自清洁喷嘴。 因此，本发明的目的是提供一种自清洁GMAW喷嘴，其特征在于，喷嘴护罩的内表 面设置有叠层组，叠层组为交替的金属层和粘结材料层，其中焊接热量作用于当前的最外 粘结层，从而使它的粘性失效并使最外金属层脱离，露出在最外金属层下面的没有焊渣的 下一金属层。 通过下面对优选实施例的说明，本发明的这些以及其它目的、特征和优点将变得
更清楚。
图1A是现有技术中使用的GMAW喷嘴组件的侧视图。 图1B是沿图1的线1B-1B剖开的现有技术GMAW喷嘴组件的剖面侧视图。 图1C是如图1B的现有技术GMAW喷嘴组件的剖面侧视图，其中由于一段时间的操
作焊渣此时殃及喷嘴防护件。 图2是包括根据本发明的自清洁GMAW喷嘴的GMAW喷嘴组件的剖面侧视图。
图3是沿图2的线3-3剖开的剖视图。
图4是沿图3的线4-4剖开的局部剖视图。 图5A是包括根据本发明的自清洁GMAW喷嘴的GMAW喷嘴组件的剖面侧视图，其中
在一段时间的操作之后焊渣开始积聚在喷嘴防护件的内表面处。 图5B是图5A的圆圈5B处的局部剖视图。 图5C是与图5B相似的视图，其中此时最外金属层已按照本发明的方法与叠层组 分离。 图6A是图5A的GMAW喷嘴组件的剖面侧视图，其中，根据如图5C示出的本发明的 方法，下一最外金属层此时为新的最外金属层，由此在喷嘴护罩的新的内表面处不存在焊 渣。 图6B是图6A的圆圈6B处的局部剖视图。
具体实施例方式
现在参照附图，图2至图6B示出了根据本发明的自清洁GMAW喷嘴100的多个方面。 如图2至图4中通过示例示出的，根据本发明的自清洁GMAW喷嘴100形成GMAW
4喷嘴组件102的组成部分。 通过示例的方式，GMAW喷嘴组件102包括焊枪的鹅颈部件104，该鹅颈部件在本领 域中是已知的，但不一定是图1A至图1C中示出的类型。鹅颈部件104包括诸如内部的焊 条进给件106，线状焊条108连接到内部的焊条进给件106 ;焊条接触管IIO，其用于将焊接 电流输送到焊条；以及保护气体通路112，其包括连通孔112a，经由该连通孔112a流动地输 送保护气体G'。 本发明的自清洁GMAW喷嘴IOO通过螺纹部114可拆除地附接到鹅颈部件104。自 清洁的大体为圆筒形的保护壳体116包围焊条108和焊条接触管110，保护壳体116具有开 口端116a，焊条顶部108a从开口端116a中突出。如图3所示，前述部件同轴地设置。
具体地说，关于本发明的自清洁方面，保护壳体116的内部保护表面116b的特征 在于叠层组118，叠层组118置于凹陷的内部保护表面116c处并具有诸如延伸超过保护壳 体的实体部分厚度的厚度。作为非限制性示例，如果保护壳体的总体平均壁厚d约为3mm， 则叠层组的总厚度t约为0. 5到1. 5mm。叠层组118的轴向长度L包括内部保护表面116b
的焊渣有可能积聚在其上的所有表面，该长度可能长于或短于与图中示出的长度。对此，轴 向长度L也要考虑焊接热对最外粘结层的影B向，如在下面所述的，最外粘结层将全部用于
提供最外金属层脱离的预期时间。 叠层组118优选地由连续交替的层组成，这些层包括多个金属层M-例如由金属 层Ml、 M2、 . . . Mn构成和多个插入金属层之间的热敏粘结材料层B-例如由粘结材料层Bl、 B2、. . . Bn构成，其中基于诸如尺寸因素和自清洁喷嘴将要执行的预期焊接工作周期来选择 层数n。粘结层B用于使各个邻接的金属层M相互粘附到其上，并由此将叠层组118粘附到 一起形成一个整体，并将叠层组粘附到凹陷的内部保护表面116c。 适于金属层M的金属的一个示例为铜，但也可使用其它金属；材料的选择通常取 决于将使用自清洁喷嘴100的焊接操作的类型。适于粘结材料层B的粘结材料的一个示例 是热敏聚合物粘合剂。例如，依据应用及为金属层选择的金属，粘结材料层B的粘合分离温 度可在大约300到600华氏温度的范围内。热敏聚合物是公知的，并可从新泽西的哈肯萨 克市的Master Bond公司获得。 通过示例，叠层组118可通过层压技术领域中的任何已知方式制成，例如通过浸 渍、喷涂、挤压成形、高温层压、辊压等。作为非限制性示例，每个金属层M的厚度可在大约 50与200微米之间。作为非限制性示例，每个粘结材料层B的厚度可在大约10与50微米 之间。金属和粘结材料层各自厚度的选择可能另外取决于诸如材料的选择、喷嘴尺寸以及 预期焊接类型。 现在将另外参照图5A至图6B详细地描述根据本发明的自清洁GMAW喷嘴100的操作。 如图5A和图5B所示，在使用自清洁GMAW喷嘴100 —段时间(在这段时间内进行 焊接)之后，焊渣130开始积聚在保护壳体116的内部保护表面116b上，根据本发明，内部 保护表面116b最初为叠层组118的最外金属层M1。随着焊接热持续相同的时间阶段，热量 传递经过最外焊接层并加热最外粘结材料层Bl。 如图5C至图6B所示，当在焊接热持续预定时间(该时间可通过经验确定)之后 最外粘结材料层Bl变热并达到它的分离温度时，最外粘结材料层Bl对最外金属层Ml和相对设置的相邻(下一最外)金属层M2的粘附解除，该时间包括热量作用于距开口端116a 最远的最外粘结材料层的部分所需的时间。 在最外粘结材料层B1的粘性消除时，最外金属层M1脱离并在流动的保护气体G' 的作用下诸如沿箭头A被吹出，由此露出恰好在下面的金属层，S卩，之前的下一最外金属层 M2，此时金属层M2为图6A和图6B中示出的没有焊渣的新的最外金属层116b'。叠层组 118'此时比之前少了一个金属层和一个粘结材料层，其中对最外粘结材料层B1而言，其可 随最外金属层Ml (未示出) 一起离开，或者可部分地残留在新的最外金属层M2的表面上， 在新的最外金属层M2上焊接热使最外粘结材料层Bl快速地消逝。该过程持续至所有金属 层Ml至Mn接连地露出，之后便需要更换自清洁喷嘴。 对于本发明所属领域的技术人员而言，可对上面描述的优选实施例进行修改和变 型。可在不偏离本发明的范围的情况下实施这些修改和变型，本发明的范围仅由所附权利 要求的范围限定。
权利要求
一种喷嘴，包括大体为圆筒形的保护壳体，其具有内部保护表面和开口端，所述保护壳体具有邻近所述开口端的凹陷的内部保护表面；以及叠层组，其粘附到所述保护壳体的所述凹陷的内部保护表面，所述叠层组邻近所述开口端并从所述开口端延伸预定的轴向长度；其中，所述叠层组包括连续交替的、同轴设置的第一材料层和热敏粘结材料层；
2. 如权利要求1所述的喷嘴，其中，所述第一材料包括金属。
3. 如权利要求2所述的喷嘴，其中，所述金属包括铜，并且其中所述热敏粘结材料包括 热敏聚合物。
4. 一种用于气体保护金属极电弧焊设备的自清洁喷嘴，该自清洁喷嘴包括 大体为圆筒形的保护壳体，其具有内部保护表面和开口端，所述保护壳体具有邻近所述开口端的凹陷的内部保护表面；以及叠层组，其粘附到所述保护壳体的所述凹陷的内部保护表面，所述叠层组邻近所述开 口端并从所述开口端延伸预定的轴向长度；其中，所述叠层组包括连续交替的、彼此同轴设置的第一材料层和热敏粘结材料层；并且其中，选择所述粘结材料的热敏感度，从而使得在通过焊接设备焊接的过程中焊接热 量被传递通过最外第一材料层，因而热量导致邻近的粘结材料层的粘附解除，其中，最外第 一材料层脱离所述叠层组，从而露出新的最外第一材料层。
5. 如权利要求4所述的自清洁喷嘴，其中，所述第一材料包括金属。
6. 如权利要求5所述的自清洁喷嘴，其中，所述金属包括铜，并且其中所述热敏粘结材 料是热敏聚合物。
7. 如权利要求5所述的自清洁喷嘴，其中，所述叠层组构造为使得连续的粘结材料层 接连地响应于焊接热量而失去粘性，由此接连地露出新的最外第一材料层。
8. 如权利要求7所述的自清洁喷嘴，其中，所述金属包括铜，并且其中所述热敏粘结材 料是热敏聚合物。
9. 一种气体保护金属极电弧焊设备的气体保护金属极电弧焊喷嘴的自清洁方法，包括 如下步骤将多个热敏粘结材料层和金属层以彼此同轴的关系连续层叠在焊接喷嘴的保护壳体 的大体为圆筒形的内部表面上，连续层叠提供了粘附到所述内部表面的叠层组，最外金属 层构成所述层叠组的最外表面；利用所述焊接喷嘴和所述气体保护金属极焊接设备进行焊接；焊接热量经由所述最外金属层传递至邻近的最外粘结材料层；所述最外粘结材料层相对于邻近的下一最外金属层的粘附响应于所述热传递步骤而 解除；以及所述最外金属层响应于所述解除步骤而脱离并离开所述焊接喷嘴； 其中，所述下一最外金属层变为新的最外金属层。
10. 如权利要求9所述的方法，包括重复上述焊接步骤、热传递步骤、解除步骤以及脱 离步骤，直到所有金属层都脱离。
全文摘要
本发明涉及自清洁焊接喷嘴。一种自清洁GMAW喷嘴，其特征在于，其内部表面上设置有叠层组，叠层组优选地由连续交替的金属层和粘结材料层组成。在焊接一段时间之后，焊渣开始积聚在叠层组的最外金属层上。随着焊接热量持续相同的时间，相邻粘结层的粘附解除，由此最外金属层脱离，露出清洁的新的最外金属层。该过程相继地重复直到所有金属层都脱离。
文档编号B23K9/16GK101745728SQ20091025322
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者A·D·卡卡莱夫, J·汉普顿 申请人:通用汽车环球科技运作公司