专利名称：用于焊接电缆的应变消除组件的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种用于减少焊接电缆弯曲的应变消除组件，具体而言，涉及一种具有用于支承焊接电缆的至少两个应变消除部件的应变消除组件。
气体保护金属极电弧焊(“GMAW”，亦称为“金属、惰性气体”焊或“MIG”焊)用来连接金属件。利用一种焊接系统来进行GMAW，该焊接系统包括利用一焊接电缆相连接的一个焊接机和一个焊枪。焊接机将焊丝通过焊接电缆供给邻近一工件被夹持的焊枪。焊接机还将电输送至焊枪，以便在焊丝和工件之间产生电弧以将焊丝熔入用来连接金属件的金属熔池中。此外，焊接机将惰性气体供至焊枪，以使金属熔池与大气隔绝。焊接电缆含有用来将电输送至焊枪的导电线；一根用来将惰性气体输送至焊枪的软管；以及，一根用来将焊丝输送至焊枪的导管。
当焊接操作者在工件上操纵焊枪时，将焊枪连接于焊接机的焊接电缆弯曲。该电缆也会由于其自重弯曲。由于焊接机是一个静止的部件，电缆趋于在其进入焊接机的端部处弯曲得最利害。由于操作者的运动，电缆还趋于在邻近焊枪的端部处剧烈弯曲。
当焊接电缆弯曲时，焊丝与导管内表面之间的阻力增大。如果电缆弯曲得太利害，则作用在焊丝上的阻力会间歇地减慢焊丝供给速率，造成颤振，有碍焊丝的平稳输送并使所得的焊缝质量恶化。如果电缆弯曲程度更大一些，则焊丝会卡在导管内。如果焊接机在焊丝卡住时继续供给焊丝，则焊丝会折断并致使系统出现故障。此外，随着电缆弯曲，将惰性气体输送至工件的软管会变得狭窄，由此降低了输送至工件的惰性气体流量。如果惰性气体流量大大降低，则熔融金属会暴露于大气，导致劣质焊缝。而且，过多的反复的弯曲可致使电缆内的电线疲劳并折断，造成电缆内的电阻和产生的热量增大。如果所产生的热量太大，则焊枪的性能降低且焊枪可能出现故障。
过去，已经有人把应变消除组件在电缆进入焊枪和焊接机的位置处安装在电缆上，以支承电缆并减少弯曲。一个这类应变消除装置包括一个环绕电缆的弹性套。这些套通常是刚性的，这时，在电缆进入套的位置处重新造成电缆更剧烈的弯曲，由此至少在一定程度上使这些套的用途失效。此外，由于热和疲劳，这些套随着时间的流逝会失去其弹性，并最终呈现引起焊接电缆弯曲的永久硬化状态。再者，这些套容易撕破，使电缆可以弯曲。另一类型的先前采用的应变消除组件包括一个环绕电缆的弹性螺旋弹簧。这些弹簧通常没有上述弹性套刚性大，结果它们没有很好地支承电缆。而且，弹簧容易卡在周围物体上，使电缆难于使用。此外，弹簧具有较大的螺距(例如，0.250英寸)，这增大了它卡在周围物体上的可能性。
在本发明的若干目的和特征中，可以指出的是提供减少焊接电缆弯曲的应变消除组件；提供这样一种提高电缆使用寿命的组件；提供这样一种减少焊丝在电缆内的颤振和阻力的组件；提供这样一种降低形成电缆的部件的疲劳的组件；提供这样一种在最大载荷区域具有最大刚度的组件。
简而言之，本发明的装置是一种应变消除组件，用于减少一焊接电缆的弯曲，该焊接电缆用来将焊丝、惰性气体和电从一焊接机输送至一焊接工件的焊枪。该应变消除组件包括围绕并沿所述焊接电缆延伸的第一和第二应变消除部件，用以支承此焊接电缆并使其应变消除。该组件还包括一个连接器，用于将所述第一和第二应变消除部件连接于上述焊接机和焊枪中的至少一个上。所述第一应变消除部件自上述连接器延伸第一距离，用于支承电缆。于是，此第一部件减少了电缆的位于所述第一应变消除部件内的第一部分的弯曲。第二应变消除部件自上述连接器延伸大于所述第一距离的第二距离，用于支承电缆和所述第一应变消除部件。由此，此第二部件减少了位于所述第一应变消除部件内的所述第一部分以及电缆的位于所述第二应变消除部件内的第二部分的弯曲。
按本发明的另一方面，上述应变消除组件包括一个应变消除装置，它具有一个穿过它的通道，用以接收所述焊接电缆。该装置用来支承上述电缆并使其应变消除。上述组件还包括一个连接器，用于将上述应变消除装置连接于上述焊接机和焊枪中的至少一个上。所述应变消除装置具有一个邻近上述连接器的第一端和一个远离上述连接器的相对的第二端。该装置在自所述第一端延伸至位于所述第一和第二端中间的一位置处的第一区域内具有第一弯曲刚度，而在自位于所述第一和第二端中间的上述位置至该装置的所述第二端延伸的第二区域内具有小于所述第一弯曲刚度的第二弯曲刚度。
按本发明的又一方面，上述组件包括若干个重叠的应变消除部件，它们具有不同的长度，围绕所述焊接电缆并沿所述焊接电缆延伸，用来支承电缆并使其应变消除。由此，这些部件减少了电缆位于所述若干部件内的部分的弯曲。
本发明的其他目的和特征一部分显而易见，一部分以下指出。
图1为利用一焊接电缆相连接的焊接机和焊枪的示意正视图，上述焊接电缆在每一端具有一个本发明的应变消除组件，以减少电缆的弯曲；图2为本发明应变消除组件第一实施例的局部剖的断开正视图，示有一焊枪的不完全正视图；图3为沿图2中的线3-3平面所作的应变消除组件第一实施例的横截面；图4为沿图3中线4-4平面所作的应变消除组件第一实施例的断开的局部截面图；图5为本发明应变消除组件第二实施例的局部剖的断开正视图，示有一焊接机的不完全正视图；图6为沿图5中的线6-6平面所作的应变消除组件第二实施例的横截面；图7为沿图6中线7-7平面所作的应变消除组件第二实施例的断开的局部截面图；以及图8为一焊接电缆组件的正视图，它在两端具有用于减少电缆弯曲的本发明应变消除组件的第一和第二实施例。
在附图中的所有各图中，用相应的附图标记表示相应的部件。
现参见附图，特别是参见图1。一GMAW系统总体以附图标记20表示。系统20包括一个焊接机、一个焊枪和一个连接焊接机和焊枪的焊接电缆(分别总的以22、24和26表示)。
焊接机22包括一个焊接电源30，用于将来自一外部电源32的交流电转变为直流电；一个高压气瓶34，用于供给惰性气体；以及，一个具有焊丝的绕线盘36，用于经焊接电缆26和焊枪24向一工件W供应焊丝38。焊接机22还包括一个送丝器40，它自绕线盘36退绕焊丝38并通过焊接电缆26以大致不变的速度输送焊丝38。一高压软管42将气瓶34的惰性气体输送至焊接电缆26。一安装在气瓶34上的调压器44控制供给焊接电缆26的惰性气体的流量。从焊接电缆26延伸至焊接机22的控制线46，将一信号从焊枪24输送至焊接机，以响应焊枪上扳机48的动作开始和停止电、气和焊丝38的供给。一地线夹组件50实现工件W和焊接机之间的电回路，以便从焊丝的末端至工件形成电弧。上述焊接系统20的结构和用途是常规的，故不再进一步详细说明。
如图2所示，总的以60表示的第一应变消除组件处于邻近焊接电缆26与焊枪24之间的界面的位置，用以减少焊接电缆的弯曲。第一应变消除组件60包括一个弹性套(总的以62表示)；一个相对上述弹性套大致同轴延伸的弹性螺旋弹簧(总的以64表示)；以及，一个连接器(总的以66表示)，用以将弹性套和螺旋弹簧固定于焊枪24上。套62具有一个大致为管状的管状体70，它在一端具有一个用于将套连接于连接器66的凸缘72(图4)，在其另一端具有一个用于加强套以免其被撕坏的边缘74。尽管其他材料也被认为在本发明的范围内，但是，第一优选实施例的套62用Santoprene牌的热塑性弹性材料制造。Santoprene为美国密苏里州圣路易斯市的Monsanto公司的美国联邦注册商标。此外，第一优选实施例的套62的长度约为2.65-3.00英寸，内径约为0.78-1.10英寸，壁厚约为0.07-0.12英寸；然而，应认为具有其他尺寸的套也在本发明的范围内。另外，可以设想，套的厚度沿其长度可以改变而不脱离本发明的范围。
弹簧64具有一个从簧圈的一端切向延伸出的尾部76(图3)，用于接合套的端部，以避免弹簧穿过套离开连接器66。可以设想，其他结构，如靠近弹簧端部的较大直径的弹簧卷，可用来防止弹簧离开连接器而不脱离本发明的范围。尽管其他材料被认为在本发明的范围内，但是，第一优选实施例的弹簧64用镀镍弹簧钢制造。用来制造第一优选实施例的弹簧64的钢丝的直径约为0.07-0.08英寸。此外，第一优选实施例的弹簧64的长度约为5.37-6.00英寸，外径约为0.84-1.04英寸，且簧圈螺距约为0.125英寸。这种较小的螺距降低了弹簧64卡在周围物体上的可能性。
连接器66具有一个内台肩78(图4)，它用来接合套62的凸缘72以将套连接于连接器上，使连接器相对此套可自由转动。如图3所示，连接器66具有两个相对的内凸耳80，它们可与位于焊枪24端部的常规的卡槽82(图2，仅一个可见)相接合，以将应变消除组件连接于焊枪上。连接器66还具有形成在其外周边的若干突脊84(图2)，用于在使凸耳80与卡槽82接合和分离时抓握连接器。
对本领域技术人员显而易见的是，套62和弹簧64起这样一种装置的作用，该装置具有一个穿过它用来接收电缆26的通道86，以支承电缆使其应变消除。如图2所示，套62具有一段自连接器66延伸第一距离的长度L1，用来降低电缆的位于套内的第一部分的弯曲。同样，弹簧64具有一段自连接器66延伸第二距离的长度L2，用来降低电缆位于弹簧内的第二部分的弯曲。因为套62和弹簧64在套的区域内重叠，所以套和弹簧两者在此区域内支承电缆。然而，在套和弹簧不重叠的区域内，只有弹簧64支承电缆26。
邻近焊枪24处作用在电缆26上的载荷最大。上述重叠结构使得应变消除组件60在套62与弹簧64重叠的区域内比在两者不重叠的区域内具有更大的弯曲刚度。因此，对本领域技术人员来说显而易见的是，组件60的刚度在载荷最大处最大，在载荷较小处较小，这样电缆26的弯曲减小。
为了理解电缆26弯曲减小的重要性，必须理解传统焊接电缆的结构。如图3所示，电缆26具有一个外套管90，它保护用于将电输送至焊枪24的多根绞合铜线92。套管还保护着四根屏蔽控制线94，这四根控制线用来将电信号从扳机48输送至焊接机22上的控制线46，以开始和停止电、气和焊丝38的供给。一软管96位于线92、94内侧，用来将惰性气体从焊接机22输送至焊枪22，以使熔融金属与大气隔绝。此外，一柔性导管98位于软管96的内部，用来将焊丝38自焊接机22导引至焊枪24。
当电缆26弯曲时，焊丝38与导管98内侧之间的阻力增大。如果阻力太大，则作用在焊丝38上的阻力会间歇地降低焊丝供给速率，结果焊丝不会经电缆26以不变的速率供给，这致使焊接质量低劣。不仅电缆26的最小曲率半径影响作用在穿过导管98行进的焊丝38上的阻力，而且沿电缆的总的弯曲程度也影响阻力。通过增大最小曲率半径并减小总的弯曲程度，降低焊丝38与导管98之间的阻力，从而使焊接质量提高。
此外，每当电缆26弯曲时位于电缆内的线92、94亦弯曲。最终，线92、94的线股由于循环弯曲导致的疲劳而折断。在线92折断后，线的电阻增大，并因此由通过这些线的电流所产生的热量也增大。最后，热量会变得过大且可降低焊枪24的性能，并导致焊枪出现故障。另外，如果控制线94折断，焊接机22则不会将电、惰性气体和焊丝供给焊枪24。
再者，随着电缆26的弯曲，软管96也弯曲，这会减小软管的横截面面积和通过软管的气体流量。如果电缆26上的弯曲部分过尖，则流量会变得过低，无法将熔融金属与大气隔绝，从而产生劣等焊缝。
在本发明的第一优选实施例中，长度L1约为2.2英寸，而长度L2约为5.2英寸。对本领域技术人员来说显而易见的是，套62和弹簧64形成了独立的应变消除部件，它们起一个用于支承电缆26并使其消除应变的装置的作用。套62和弹簧64不仅减小电缆26的弯曲，而且它们还共同作用，克服了现有应变消除组件的缺点。例如，由于弹簧64外侧与套62内侧之间的较紧的配合，弹簧分散了由电缆26引起的作用在套上的载荷，从而减小了套撕坏的可能性。此外，弹簧64的弹性起到消除或降低随着时间的流逝而在套62中出现的任何硬化的作用。另外，套62覆盖弹簧64，结果减小了组件60卡在物体上并妨碍操作者运动的可能性。
为了进一步降低组件60被卡住的可能性，可以设想套62沿弹簧64的全长延伸而不脱离本发明的范围。同样，可以设想，沿着弹簧64安装一个护套(未示出)，以减小组件60在使用过程中被卡在周围物体上的可能性。
图5示出用于减少焊接电缆26弯曲的总的以60′表示的应变消除组件的第二实施例。此组件60′位于邻近焊接电缆26与焊接机22之间的界面的位置，用于减少弯曲。由于载荷在邻近焊接机22处比邻近焊枪24处大，所以第二组件60′的各尺寸通常大于第一组件60的各尺寸。第二应变消除组件60′包括一个弹性套(总的以62′表示)；一个相对上述弹性套大致同轴延伸的弹性螺旋弹簧(总的以64′表示)；以及，一个连接器(总的以66′表示)，用以将弹性套和螺旋弹簧连接于焊枪24上。类似于第一实施例中的套62，第二实施例中的套62′具有一个大致为管状的管状体70′，它在一端具有一个用于将套连接于连接器66′的凸缘72′(图7)。尽管其他材料也被认为在本发明的范围内，但是，第二优选实施例的套62′用Santoprene牌的热塑性弹性材料制造。此外，第二优选实施例的套62′的长度约为5.1英寸，内径约为1.07英寸，壁厚约为0.12英寸；然而，应认为具有其他尺寸的套也在本发明的范围内。
弹簧64′具有一个从簧圈的一端切向延伸出的尾部76′(图6)，用于接合套62′的端部，以避免弹簧穿过此套离开连接器66′。如第一实施例中的弹簧64一样，可以设想，其他结构，如靠近弹簧64′端部的较大直径的弹簧卷，可用来防止弹簧离开连接器66′而不脱离本发明的范围。尽管其他材料被认为在本发明的范围内，但是，第二实施例的弹簧64′用镀镍弹簧钢制造。用来制造第二优选实施例的弹簧64′的钢丝的直径约为0.08-0.10英寸。此外，第二优选实施例的弹簧的长度约为13.75英寸，外径约为0.99-1.04英寸，且簧圈螺距约为0.125英寸。这种较小的螺距降低了弹簧64′卡在周围物体上的可能性。
连接器66′具有一个内台肩78′(图7)，它用来接合套62′的凸缘72′以将套可转动地连接于连接器上。如图7所示，连接器66′具有内螺纹81′，用来与焊接机22上的螺纹83′(图5)配合，以将应变消除组件连接于焊接机。连接器66′具有形成在其外周边的若干突脊84′(图5)，用于在使螺纹81′与螺纹82′接合和分离时抓握连接器。
在第二实施例中，长度L1′约为4.0英寸，而长度L2′约为12.0-15.0英寸。对本领域技术人员显而易见的是，第二实施例的组件60′与第一实施例的组件60按相同的方式使用，并产生相同的有益效果。为进一步降低组件60′被卡在周围物体上的可能性，可以设想套62′可以沿弹簧64′的全长延伸而不脱离本发明的范围。同样，可以设想，沿着弹簧64′安装一个护套(未示出)，以减小组件60′在使用过程中被卡住的可能性。
一个总的以100表示的电缆组件示于图8。电缆组件100包括一根电缆26，该电缆26邻近第一端具有一个第一实施例的应变消除组件60，邻近第二端具有一个第二实施例的应变消除组件60′。电缆组件100还包括常规的外螺纹接头102和内螺纹接头104，它们分别用于将软管96连接于焊枪24和焊接机22。可利用常规的电连接器(未示出)把控制线94连接于焊枪24和焊接机22。导管98和线92在图8中不可见。
可以设想，把连接器66、66′从上述应变消除组件的替换实施例(未示出)中略去。在这些实施例中，相应的应变消除部件连接在焊枪24和焊接机22的部分上。
鉴于如上所述，可见本发明的几个目的均已实现，并达到了其他有利的效果。
由于在上述结构中可以进行多种修改而不脱离本发明的范围，所以，应认为包含在上述说明中或示于附图中的所有内容应被解释为例示性的而不是限制性的。
权利要求
1．一种应变消除组件，用于减少一焊接电缆的弯曲，该焊接电缆用来将焊丝、惰性气体和电从一焊接机输送至一焊接工件的焊枪，该应变消除组件包括围绕并沿所述焊接电缆延伸的第一和第二应变消除部件，用以支承此焊接电缆并使其应变消除；和一个连接器，用于将所述第一和第二应变消除部件连接于上述焊接机和焊枪中的至少一个上；所述第一应变消除部件自上述连接器延伸第一距离，用于支承电缆，由此减少电缆的位于所述第一应变消除部件内的第一部分的弯曲，而第二应变消除部件自上述连接器延伸大于所述第一距离的第二距离，用于支承电缆和所述第一应变消除部件，由此减少位于所述第一应变消除部件内的所述第一部分以及电缆的位于所述第二应变消除部件内的第二部分的弯曲。
2．如权利要求1所述的应变消除组件，其特征在于所述第一应变消除部件包括一个弹性套，而所述第二应变消除部件包括一个相对上述套大致同轴延伸的弹性螺旋弹簧。
3．如权利要求2所述的应变消除组件，其特征在于上述套围绕上述螺旋弹簧。
4．如权利要求3所述的应变消除组件，其特征在于上述连接器用来将应变消除组件连接于焊枪，以及，所述第二距离至少为所述第一距离的两倍。
5．如权利要求4所述的应变消除组件，其特征在于所述第二距离位于所述第一距离的两至三倍之间。
6．如权利要求3所述的应变消除组件，其特征在于上述连接器用来将应变消除组件连接于焊接机，以及，所述第二距离至少为所述第一距离的两倍。
7．如权利要求6所述的应变消除组件，其特征在于所述第二距离位于所述第一距离的两至五倍之间。
8．一种应变消除组件，用于减少一焊接电缆的弯曲，该焊接电缆用来将焊丝、惰性气体和电从一焊接机输送至一焊接工件的焊枪，该应变消除组件包括一个应变消除装置，它具有一个穿过它的通道，用以接收所述焊接电缆，所述装置用来支承上述电缆并使其应变消除；和一个连接器，用于将上述应变消除装置连接于上述焊接机和焊枪中的至少一个上；所述应变消除装置具有一个邻近上述连接器的第一端和一个远离上述连接器的相对的第二端，该装置在自所述第一端延伸至位于所述第一和第二端中间的一位置处的第一区域内具有第一弯曲刚度，而在自位于所述第一和第二端中间的上述位置至该装置的所述第二端延伸的第二区域内具有小于所述第一弯曲刚度的第二弯曲刚度。
9．如权利要求8所述的应变消除组件，其特征在于，上述应变消除装置包括一个第一应变消除部件，它围绕上述电缆并自应变消除装置的所述第一端向位于上述应变消除装置的所述第一端和第二端中间的上述位置延伸；和一个第二应变消除部件，它围绕上述电缆并自应变消除装置的所述第一端向应变消除装置的所述第二端延伸。
10．一种应变消除组件，用于减少一焊接电缆的弯曲，该焊接电缆用来将焊丝、惰性气体和电从一焊接机输送至一焊接工件的焊枪，该应变消除组件包括若干个重叠的应变消除部件，它们具有不同的长度，围绕所述焊接电缆并沿所述焊接电缆延伸，用来支承电缆并使其应变消除，由此减少电缆位于所述若干部件内的部分的弯曲。
全文摘要
一种应变消除组件(60,60′)减少一用来将焊丝(38)、惰性气体和电从一焊接机(30)输送至一焊枪(24)的焊接电缆的弯曲,它包括:围绕并沿焊接电缆(26)延伸的第一和第二应变消除部件,用以支承此焊接电缆并使其应变消除;和一个连接器(66),用于将所述第一和第二应变消除部件(62,64)连接于焊接机(30)和/或焊枪(24)。第一应变消除部件(62)自连接器(66)延伸第一距离,用于支承电缆(26),减少电缆(26)的位于第一应变消除部件(62)内的第一部分的弯曲。第二应变消除部件(64)自连接器(66)延伸大于第一距离的第二距离,用于支承电缆(26)和第一应变消除部件(62),由此减少位于第一应变消除部件(62)内的第一部分以及电缆(26)的位于第二应变消除部件(64)内的第二部分的弯曲。
文档编号B23K9/173GK1222875SQ98800479
公开日1999年7月14日 申请日期1998年3月4日 优先权日1997年4月14日
发明者肯特·迈尔斯·纽, 戴尔·罗伯特·博维格, 小威廉·C·福斯特 申请人:特威科产品有限公司