专利名称：具有耐熔材料加强铜复合物的接触尖端；具有直径减小的前面部分的接触尖端的制作方法
技术领域：
本发明涉及GMAW (气体保护金属极电弧焊)，MIG (金属极惰性气体)，MAG (金属极活性气体)，SAW(潜弧焊)，或者FCAW(管状焊条电弧焊)焊炬的接触尖端，并且更特别地涉及接触尖端的制作材料。
背景技术：
图1中示出的传统焊炬10通常包括连接到焊炬主体的线缆组件，其包括把手11， 从把手延伸的颈部，比如鹅颈管12，和在鹅颈管末端的焊炬头部。焊炬头部通常包括固定头和/或喷射器13，接触尖端14，和喷嘴15。焊接焊丝(自耗电极)和保护气体进给通过线缆组件和鹅颈管并到达焊炬头，在焊炬头处焊接焊丝和保护气体排出接触尖端和喷嘴。常见的金属焊接技术是利用由电弧产生的热量来将工件的一部分转变成熔融状态并且加入来自焊接焊丝的填充金属。能量(比如焊接电流)从线缆组件和鹅颈传送通过包括固定头和接触尖端的焊炬的前端部件并到达自耗电极焊接焊丝。当启动焊炬的启动装置(或者，在焊炬使用遥控装置(robot)系统的情况下，由遥控装置(robot)/自动控制装置赋值(assign) “启动”信号)，电极焊丝便朝向接触尖端推进，在此时电流从接触尖端传导入正在排出的焊接焊丝。在电极焊丝和工件之间形成电流电弧，来闭合电路并且产生充足的热量来熔化电极焊丝以焊接工件。保护气体有助于产生电弧和保护焊接点。随着电极焊丝的消耗并成为焊接点的一部分，新的电极焊丝推进，并不断地替代消耗掉的电极焊丝和保持焊接电弧。为了在焊接应用中提升焊接速度(S卩，移动速度)和减少飞溅物的产生，焊接动力源一贯使用由脉冲和可控短路为体现的现代信号波形。这些信号波形通常在短脉冲周期和高电流缓变率(high current ramp rate)时耗费高峰值电流(I_Peak)。在脉冲焊接应用中，传导经过接触尖端一电极焊丝交界处的高强度焊接电流和高电流缓变率(high current ramp rate)将引起电极焊丝和接触尖端局部熔化或蒸发(例如，电弧腐蚀)。例如，当电极焊丝进给通过接触尖端时，电极焊丝上会形成烧焦痕记。这种在电极焊丝上的烧焦痕迹的图案是现代脉冲信号波形焊接所独有的特征，在恒定电压焊接模式下进给通过接触尖端的电极焊丝上不会看到这种烧焦痕迹的图案。在脉冲焊接应用中，电弧腐蚀会导致接触尖端实质性的损耗，而且实践的数据表明接触尖端在脉冲焊接应用中比在恒定电压焊接应用中会更迅速地损耗。随着接触尖端的使用和损耗，接触尖端和电极焊丝间的能量传输效率降低。这致使电弧处于较低的能量消耗状态。当能量消耗太低而不能保持平稳的(smooth)焊接电弧时，会出现焊条残头(StiAbing)而促使非预期的焊接瑕疵(如冷焊和不连续的焊珠)的产生。—种用来减缓接触尖端损耗的方法是增加在接触尖端和电极焊丝间的机械接触压力。接触点处的电阻随接触压力的增加而减少。从而，在接触尖端-电极焊丝交界处产生更少的热量和消耗，并且有更少的机会产生如微闪(micro-sparkling)、局部熔化和局部蒸发这样的电弧腐蚀。各种接触尖端和焊炬设计已经提出以提高接触尖端和电极焊丝之间的机械接触。但是，这些设计或者太昂贵而不可商业化，或者太脆弱而不能承受苛刻的焊接环境，例如飞溅物。
发明内容
本发明提供一组耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composites)，其形成焊炬接触尖端的至少一部分。在焊接过程中，接触尖端中的耐熔材料要么当被微弧“烧尽”时消耗大量热量，要么在高焊接温度下保持固体状态来保护接触尖端的矩阵铜或铜合金不被烧尽或粘附到电极焊丝。耐熔材料因此减少接触尖端的损耗。耐熔材料的固体状态还通过降低电极焊丝粘附接触尖端的程度来减少接触尖端内在高温下的进给摩擦力。因此，相比于传统接触尖端而言，介于包括本发明耐熔材料的接触尖端内径和电极焊丝外径之间的空隙可以被制造得更紧(更小)。更特别地，至少内孔的一部分可以具有大约比电极焊丝外径大3. 0%到8. 0%的内径，并且这部分可以具有大约0. 20到 0. 60英寸的长度。本发明的接触尖端还更能容忍大外径偏差的或大曲率偏差的电极焊丝 (也就是，焊丝铸造物(wire cast))更特别地，根据本发明的焊炬接触尖端包括耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composite)，其包括大约10%至Ij 50%体积、百分比的耐溶材料以及铜或铜合金中的至少一种。耐熔材料是金属或者陶瓷材料之一。耐熔材料可以是钨(W)，钼(Mo)，石墨，碳化钨(WC)，氧化锆(ZrO2)，碳化硅(SiC)， 氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)中的至少一种。耐熔材料可以具有包括晶须，长纤维，短纤维，颗粒，薄片层和多孔预锻(porous pre-form)结构中的一种或者多种结构。在一个实施例中，耐熔材料可以是钨，并且耐熔材料的体积百分比范围为10%到 41%，优选为10%到32%。耐溶材料力口强铜复合物(refractory material reinforced copper composite) 的导电率一般可以是在20摄氏度时介于每米2. BlxlO7和5. 22xl07西门子之间。接触尖端可以是部分地由耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composite)构成。可选地，接触尖端可以是完全由耐熔材料加强铜复合物构成。接触尖端可以包括由铜和铜合金中至少一种构成的主体，并且主体可以用耐熔材料加强铜复合物来浸渍。在一个实施例中，接触尖端可以包括主体，该主体具有前排出端、异侧的后进给端，和延伸贯穿该主体的孔。插入物可以通过前排出端和后进给端的其中之一由孔所接收， 并且插入物可以包括耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composite)。在另一个实施例中，接触尖端可以包括主体，该主体具有前排出端，异侧后进给端和从后进给端延伸到前排出端的通道。通道的一部分可以由耐熔材料加强铜复合物 (refractory material reinforced copper composite)所限定。这部分可以具有比自耗电极焊丝外径大约大到8%的直径，并且这部分可以具有大约0. 2到0. 6英寸的长度。根据本发明的焊炬组件包括固定头和安装在固定头上的接触尖端。接触尖端包括而才熔材料力口强铜复合物(refractory material reinforced copper composite),其包括大约10%到50%体积百分比的耐熔材料以及铜和铜合金中至少一种。耐熔材料是金属和陶瓷材料中的一种。耐熔材料可以是钨(W)，钼(Mo)，石墨，碳化钨(WC)，氧化锆(ZrO2)，碳化硅(SiC)，氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)中的至少一种。耐熔材料加强铜复合物的导电率一般可以是在20摄氏度时介于每米2. 61xl07和5. 22xl07西门子之间。从下述本发明的具体实施方式
并结合附图，将更加完全地理解本发明的这些和其他的特征和优势。
在附图中图1是传统焊炬的立体、部分分解视图；图2是接触尖端的剖面图，该接触尖端包括根据本发明的耐熔材料加强铜复合物；图3是接触尖端的剖面图，该接触尖端包括根据本发明的耐熔材料加强铜复合物；图4是接触尖端的剖面图，该接触尖端包括根据本发明的耐熔材料加强铜复合物；图5是接触尖端的剖面图，该接触尖端包括由根据本发明的耐熔材料制成的插入物；图6是接触尖端的剖面图，该接触尖端包括由根据本发明的耐熔材料制成的插入物；及图7是接触尖端的剖面图，该接触尖端包括由根据本发明的耐熔材料制成的插入物。
具体实施例方式现在详细参考附图，图2中的数字120大体上示出了根据本发明的焊炬接触尖端。 接触尖端120是焊炬的易耗/可替换部件，其具有相比于传统接触尖端长得多的使用寿命。参考图2，接触尖端120可安装在焊炬的固定头/喷射器122上，该焊炬可以是图 1中的GMAW焊炬，MIG焊炬，MAG焊炬，SAW焊炬，FCAW焊炬或类似焊炬。接触尖端120可具有细长的以及大体上为圆柱形的主体124，虽然该主体不限于任何特定的形状。主体IM具有前排出端126，该前排出端具有开口，电极焊丝从该开口排出，主体IM还具有异侧的后进给端128，该后进给端具有开口，电极焊丝从该开口进给。由主体内壁限定的中心孔130 从后端1 上的开口延伸至前端1 上的开口并贯穿主体。接触尖端120安装并固定在固定头122上。比如，接触尖端120可包括安装构件 132，比如与固定头122上相关的构件相配合的螺纹以便安装并固定接触尖端在固定头上。 安装接触尖端到固定头122上还存在可选的方式；然而，接触尖端120应该是可从固定头 122上拆卸的，以便接触尖端作为易耗材料，当其损耗时可进行更换。固定头122大体上为中空的并且具有前端134，异侧的后端136，和从前端134延伸到后端136的隙缝138。接触尖端120牢固地固定在固定头122的前端134上。固定头上的隙缝138与贯穿接触尖端主体124的孔130相连，并且接触尖端120和固定头122共同限定从焊炬的鹅颈管到焊炬的前焊接端的用于自耗电极焊丝和焊接电流的通道。接触尖端120的主体124可部分或者全部由耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composite)构成。耐溶材料力口强铜复合物是一种大体上包括铜矩阵材料和10%到50%体积百分比的耐熔材料作为其主要或者唯一成分的复合物材料。复合物材料中耐熔材料的总量大体上应该至少有10%的体积百分比，否则复合物可能不足以抗粘附和电弧腐蚀。复合物材料中耐熔材料的总量大体上应该不高于50%的体积百分比，否则复合物的导电率可能会太低以致于不能有效地将焊接电流传导至正在移动通过接触尖端120的自耗电极焊丝。耐熔材料加强铜复合物的导电率大体上在20摄氏度时，介于每米2. 61x107和5. 22x107西门子之间，即介于45到90% IACS (国际退火铜标准)，其中一个100% IACS值代表在20摄氏度时，每米5. 80xl07西门子的导电率。耐溶材料力口强铜复合物(refractory material reinforced copper composite) 的铜矩阵材料大体上是铜和/或铜合金，并且可包括锻造或者铸造纯铜99. 3 % Cu)，碲铜(C14500)，铬铜(C18200 或 C81500)，银铜(Cl 1300，Cl 1400，Cl 1600)或者类似适合的铜合金中的一种或几种。复合物的耐熔材料包括耐熔金属和耐熔陶瓷，并且可包括钨(W)，钼(Mo)，石墨， 碳化钨(WC)，氧化锆(ZrO2),碳化硅(SiC)，氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)中的一种或几种。如下表所示，耐熔材料具有比铜高得多的熔化和蒸发温度。表 权利要求
1.一种用于焊炬的接触尖端，所述接触尖端包括耐溶材料力口强铜复合物(refractory material reinforced copper composite)，其包括大约10%到50%体积百分比的耐熔材料以及铜和铜合金中的至少一种；所述耐熔材料是金属和陶瓷材料中的一种。
2.根据权利要求1的接触尖端，其中所述耐熔材料包括钨(W)，钼(Mo)，石墨，碳化钨 (WC)，氧化锆(ZrO2)，碳化硅(SiC)，氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)中的至少一种。
3.根据权利要求1的接触尖端，其中所述耐熔材料具有包括晶须，长纤维，短纤维，颗粒，薄片层和多孔预锻(porous pre-form)结构中的一种或者几种结构。
4.根据权利要求1的接触尖端，其中所述耐熔材料是钨(W)，并且所述耐熔材料含量的体积百分比范围为10%到41%。
5.根据权利要求4的接触尖端，其中所述耐熔材料含量的体积百分比为10%到32%。
6.根据权利要求1的接触尖端，其中所述耐熔材料增强铜聚合物的导电率一般在20摄氏度时介于每米2. 61xl07至5. 22xl07西门子之间。
7.根据权利要求1的接触尖端，其中所述接触尖端部分由所述耐熔材料加强铜复合物构成。
8.根据权利要求1的接触尖端，其中所述接触尖端全部由所述耐熔材料加强铜复合物构成。
9.根据权利要求1的接触尖端，包括由铜和铜合金的至少一种所制成的主体，所述主体为所述耐熔材料加强铜复合物所浸渍。
10.根据权利要求1的接触尖端，包括具有前排出端、异侧的后进给端和孔的主体，所述孔贯穿所述主体延伸；和插入物通过所述前排出端和所述后进给端中的一个被所述孔所接收，所述插入物包括所述耐熔材料加强铜复合物。
11.根据权利要求1的接触尖端，包括主体，所述主体具有前排出端、异侧的后进给端和从所述后进给端延伸至所述前排出端的通道；所述通道部分由所述耐熔材料加强铜复合物所限定，所述部分的内径比自耗电极焊丝的外径大约大3%至8 %，并且所述部分长度大约为0. 20至0. 60英寸。
12.一种用于焊炬的接触尖端，所述接触尖端包括主体，其具有前排出端、异侧的后进给端，和从所述后进给端延伸至所述前排出端的通道；所述通道在所述前排出端处的前部的直径比自耗电极焊丝的外径大约大3%至8%， 并且所述前部的长度大约为0. 20至0. 60英寸。
13.根据权利要求12的接触尖端，其中所述通道的所述前部由耐熔材料加强铜复合物所限定；所述耐熔材料加强铜复合物包括大约10%到50%体积百分比的耐熔材料以及铜和铜合金中的至少一种；所述耐熔材料是金属和陶瓷材料中的一种。
14.根据权利要求13的接触尖端，其中所述耐熔材料包括钨(W)，钼(Mo)，石墨，碳化钨 (WC)，氧化错(ZrO2),碳化硅(SiC)，氧化镁(MgO)，和氧化铝(Al2O3)。
15.根据权利要求13的接触尖端，其中所述耐熔材料是钨(W)，并且所述耐熔材料含量的体积百分比范围是10%到41%。
16.根据权利要求15的接触尖端，其中所述耐熔材料含量的体积百分比范围是10%到32 % ο
17.根据权利要求13的接触尖端，其中所述耐熔材料加强铜复合物的导电率一般在20 摄氏度时介于每米2. 61xl07至5. 22xl07西门子之间。
18.一种焊炬组件包括 固定头；和安装在所述固定头上的接触尖端，所述接触尖端包括耐熔材料加强铜复合物，所述耐熔材料加强铜复合物包括体积百分比大约在10%到50%的耐熔材料并且包括铜和铜合金中的至少一种。所述耐熔材料是金属和陶瓷材料中的一种。
19.根据权利要求18的焊炬组件，其中所述耐熔材料包括钨(W)，钼(Mo)，石墨，碳化钨 (WC)，氧化锆(&02)，碳化硅(SiC)，氧化镁(MgO)，和氧化铝(Al2O3)中的至少一种。
20.根据权利要求18的焊炬组件，其中所述耐熔材料加强铜复合物的导电率一般在20 摄氏度时介于每米2. 61x107至5. 22x107西门子之间。
全文摘要
一种用于焊炬的接触尖端(220)，包括耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composite)，所述耐熔材料加强铜复合物包括大约10到50％体积百分比的耐熔材料以及铜和铜合金中的至少一种。所述耐熔材料是金属和陶瓷中的一种。所述接触尖端(220)可以包括细长的，一般为圆柱形的主体(240)，所述主体具有前接触端(226)，异侧的后固定端，和从所述后固定端延伸到所述前接触端(226)的通道。所述通道(230)的一部分(242)可以为所述耐熔材料加强铜复合物所限定。所述部分(242)的直径可以比自耗电极焊丝的外径大约大3％到8％，并且所述部分可以具有大约0.2到0.6英寸的长度。
文档编号B23K9/26GK102574234SQ201080040530
公开日2012年7月11日 申请日期2010年6月16日 优先权日2009年7月13日
发明者马铁军 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司