用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器的製造方法
2023-06-09 02:34:36
用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器（1），尤其用於鎢極惰性氣體窄間隙焊接的窄間隙頭，其中，在由金屬製成的殼體（10）中電極單元（32）藉助於電極保持器（20）保持住並且存在一用於冷卻所述電極單元（32）的冷卻裝置，通過其，液態的冷卻介質能夠被引入到電極保持器（20）中並且從電極保持器（20）中再次引出。根據本發明的燃燒器的特徵在於，冷卻裝置包括在電極保持器（20）的罩（21）以內的用於構造冷卻通道（25、26）的至少一個導電性的分隔壁（22），其中，至少所述至少一個分隔壁（22）與電極單元（32）電連接。此外，電極保持器（20）的外表面（28）至少在包圍電極保持器（20）的殼體（10）的區域中設有一絕緣層（29）。
【專利說明】用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於鶴極惰性氣體焊接(Wolfram-1nertgas-Schweifien)的燃燒器。本發明尤其涉及一種用於鶴極惰性氣體窄間隙焊接(Wolfram-1nertgas-Engspaltschweifien)的窄間隙頭(Engspaltkopf)。
【背景技術】
[0002]在鎢極惰性氣體焊接燃燒器中，在一未消耗的鎢電極和一工件之間燃燒一光弧。該電極通常構造成陰極。由於電子作為自由載流子的發射基本上通過高溫實現，因此希望在電極中實現高的功率密度。這可以通過鎢電極的圓錐狀的錐形的設計來實現。此外希望光弧的起始點儘可能處於朝工件的方向更近，這通過電極尖端的錐形設計來支持。針對在電極上出現的高溫，需要進行冷卻，用以防止或者說至少限制電極的磨損。
[0003]通常將一惰性氣體通過燃燒器朝向工件引導。為此存在惰性氣體噴嘴。通過其可以使惰性氣體形成圍繞光弧的閉合的帷幕。惰性氣體噴嘴在此圍繞電極並且與電極相鄰地布置。
[0004]從DE 10 2009 008 250 Al中公開了一種用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器，其中，在一由金屬製成的殼體中藉助於一電極保持器保持一電極單元。為了冷卻該電極單元，存在一冷卻裝置，液態的冷卻介質可通過該冷卻裝置引入到電極保持器中並且可從該電極保持器中再次引出。為此在電極保持器中構造一空腔，在該空腔中可經由一冷卻管將冷卻介質引入到該空腔中並且可再次從該空腔中引出。冷卻介質可以在從冷卻管中出來之後直接碰到電極單元的端面上。由此實現了電極單元的直接冷卻。
【發明內容】
[0005]本發明的任務是，提出一種用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器、尤其一用於鎢極惰性氣體窄間隙焊接的窄間隙頭，其可在高的電流強度和高的焊接安全性的情況下使用。
[0006]該任務通過一種根據權利要求1的特徵的燃燒器以及一種根據權利要求15的特徵的電極保持器解決。本發明的有利的設計方案和改進方案在從屬權利要求中給出。
[0007]在根據本發明的用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器、尤其用於鎢極惰性氣體窄間隙焊接的窄間隙頭中，在一由金屬製成的殼體中藉助於一電極保持器保持一電極單元並且存在一用於冷卻該電極保持器的冷卻裝置。通過該冷卻裝置可將液態的冷卻介質引入到電極保持器中並且可從電極保持器中再次引出。
[0008]該冷卻裝置包括在電極保持器的罩以內的至少一個導電性的分隔壁，用於構造冷卻通道。在此，至少所述至少一個分隔壁、在某些情況下還有電極保持器的罩，與電極單元電連接。同時，所述電極保持器的外表面至少在包圍所述電極保持器的殼體的區域中設有一絕緣層。
[0009]電流傳遞不僅可以如在傳統的燃燒器中的情況那樣通過罩引導，而且還可以經由隸屬於冷卻裝置的部件引導，從而提供一用於電流傳遞的提高的有效橫截面。由此可以將相比之下更高的電流傳遞到電極單元上。同時所有的引導電流的部件都與冷卻介質接觸，從而通過電極單元的直接冷卻實現了高效的散熱。
[0010]此外，所提出的構造方案基於絕緣層能夠實現電極保持器與殼體的電勢分離。由此實現了一通過電極保持器的完整的電流。該絕緣層不僅能夠實現一僅經由電極保持器的焊接電流的傳遞，而且也能夠實現在如下的環境中使用燃燒器，在這些環境中在殼體和待加工的工件之間存在很小的間距。這可以例如是所謂的窄間隙，燃燒器為了製造出焊縫在該窄間隙中引導。通過如下方式，即殼體是無電流的，在殼體和待加工的工件之間在窄間隙中也不會產生光弧，由此減小了殼體或者說工件損壞的危險。
[0011]在一種有益的構造方案中，電極保持器的罩通過一由金屬、尤其由銅或由不鏽鋼或銅合金或不鏽鋼合金製成的柱體構成。由此電流的大部分可經由冷卻裝置的分隔壁朝電極單元引導，因此不需要由最好傳導性材料、例如銅來形成電極保持器的罩，其同樣也是冷卻裝置的部分。取而代之，可以使用便宜的且可更好地加工的材料不鏽鋼或不鏽鋼合金。
[0012]為了構造出冷卻通道有益的是，所述罩和所述電極保持器的至少一個分隔壁形狀鎖合地相互連接。
[0013]為了能夠實現燃燒器或者說電極保持器的高的電流傳導能力，所述至少一個分隔壁優選由銅形成。此外，通過分隔壁的數量不僅可以確定用於引導冷卻介質的通道的數量，而且也可以以適當的方式改變為電流引導所提供的橫截面。
[0014]在另一種構造方案中，所述至少一個分隔壁在所述罩的面向待加工的工件的端部上過渡到一關閉元件中，該關閉元件與所述罩流體密封地連接。該流體密封的連接可以例如通過焊接來製成。同樣地所述關閉元件可以與所述罩旋緊或壓緊。倘若需要，還可以使用澆注材料或焊劑，用以製造出密封性。
[0015]還有益的是，所述至少一個分隔壁在所述關閉元件的區域中具有至少一個凹部，所述冷卻通道通過所述凹部相互連接，從而液態的冷卻介質能夠通過至少一個冷卻通道流入到所述電極保持器中並且朝向所述關閉元件流動，以及能夠通過至少一個另外的冷卻通道從所述關閉元件離開地流動並且從所述電極保持器中流出。在所述分隔壁的凹部的區域中進行所述冷卻介質的「轉向」。
[0016]所述分隔壁可以選擇性地通過平面的橋接件或者單線程或多線程的蝸杆形成。平面的橋接件具有簡單的可製造性的優點。平面的橋接件將罩例如分隔成兩個相同大小的半部，其中，在所述凹部的區域中的轉向在所述關閉元件的區域中進行。通過一蝸杆形的分隔壁可以實現均勻的冷卻，因為「冷的」朝向所述關閉元件流動的冷卻介質能夠通過螺旋形的冷卻通道實現所述電極保持器的、尤其其罩的所有面的冷卻。
[0017]所述絕緣層可以選擇性地由耐熱的塑料或陶瓷製成。當所述絕緣層具有大致01.至0.3mm的厚度時就足夠。
[0018]優選地，所述電極單元構造有至少兩個部分，其中，圓錐形地朝向一工件變細的由鎢或鎢合金製成的電極在一由具有大於50W/mK的導熱率的金屬製成的電極支架中力鎖合和/或材料鎖合和/或形狀鎖合地固定住。鋼具有52W/mK的導熱率，鋁具有270W/mK的導熱率。通過電極在電極支架中的力鎖合和/或材料鎖合的固定，可以實現很小的過渡電阻，從而在該區域中局部過熱的危險很小。
[0019]通過如下方式，即電極單元根據另一種構造方案與所述電極保持器可鬆開地旋緊，所述電極單元可以根據要求的不同毫無問題地從所述電極保持器上鬆開並且通過另一個電極單元來替換。這例如當要使用一具有另一個直徑或另一種構造的電極時是有意義的。同樣地電極單元在磨損情況下的更換可以簡單地通過將電極單元從電極保持器中旋出而去除並且通過使用一新的電極單元來進行。
[0020]在此情況下尤其是所述電極單元直接與所述電極保持器的關閉元件可鬆開地旋緊。為此例如所述關閉元件具有一具有內螺紋的鑽孔，電極支架的一相應的、設有外螺紋的突出部可以旋入到該內螺紋中。同樣地，所述電極支架可以包括一具有內螺紋的鑽孔並且所述關閉元件可以包括一具有外螺紋的突出部。此外，在關閉元件和電極單元之間的螺旋連接可以表現為一低阻力的連接。
[0021]還有益的是，所述殼體是扁平的，其中，其寬度明顯小於一長度，其中，該長度是所述殼體沿著一焊接線的延伸長度。例如所述殼體可以構造成扁平件。這種殼體也被稱作劍形件。這種劍形件的寬度通常當能夠穩固地容納電極保持器就剛好足夠。相應的用於輸入惰性氣體的管道在劍形件中的設置在電極保持器的相對立的側面上。在此惰性氣體從兩個相對立的側面朝向電極被導出，用以形成圍繞電極和工件之間的光弧的帷幕。
[0022]所述殼體具有一用於接收電極保持器的鑽孔，其中，所述電極保持器利用一間隙配合被接收。由此實現了電極保持器在殼體中的容易的可轉動性，從而該電極可以實施一擺動運動，如其例如常常在窄間隙焊接時所使用的那樣。
[0023]通過如下方式，即在殼體和電極保持器之前的電勢分離基於敷設在電極保持器上的絕緣層來給出，該殼體無需具有絕緣部，尤其無需外絕緣部。即使在金屬性的殼體與工件接觸時也不會導致這兩個部件之間的熔化，因為殼體是不導電的。
[0024]本發明還提出一種用於上述類型的燃燒器的電極保持器，其保持一電極單元，以及一用於冷卻電極單元的冷卻裝置，液態的冷卻介質可通過該冷卻裝置引導到電極保持器中並且可從該電極保持器中再次引出。所述冷卻裝置包括在所述電極保持器的罩以內的用於構造冷卻通道的至少一個導電性的分隔壁，其中，至少所述至少一個分隔壁與所述電極單元電連接。所述電極保持器的外表面至少在包圍所述電極保持器的殼體的區域中設有一絕緣層。所述電極保持器同樣具有上述優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]下面更詳細地藉助於附圖中的實施例來闡述本發明。其中:
圖1示出了一根據本發明的用於鎢極惰性氣體焊接的電極保持器的截面圖，
圖2示出了一根據本發明的燃燒器的部分截面圖，該燃燒器構造成一用於鎢極惰性氣體窄間隙焊接的窄間隙頭，以及
圖3示出了一電極單元的截面圖。
【具體實施方式】
[0026]圖1在一橫截面示圖中示出了一根據本發明的用於燃燒器的電極保持器20，該燃燒器構造成一用於鎢極惰性氣體窄間隙焊接的窄間隙頭。構造成窄間隙頭的燃燒器在圖2中在部分橫截面示圖中示出。
[0027]該電極保持器20由一在橫截面上柱體形的、空心的罩21構成，該罩可選擇性地由銅或不鏽鋼製成。不鏽鋼的應用能夠實現罩21的更容易的且成本低廉的製造。在罩21的內部布置一橋接件形(stegf5rmige)的分隔壁22，優選由銅製成。該分隔壁22在其在該圖中的下端部上過渡到一關閉元件23中，其中，所述下端部面向一未示出的工件，所述關閉元件關閉所述罩21的空腔。所述分隔壁22和所述關閉元件23優選一件式地構造。
[0028]在所述關閉元件23和所述罩21之間形成一流體密封的連接部27。這種流體密封的連接部可以通過焊接、螺栓連接或澆注來製成。在某些情況下也可以進行前述措施的組入口 ο
[0029]在所述分隔壁22鄰接在所述關閉元件23上所處的區域中，所述分隔壁具有至少一個凹部24。由此可以使在所述分隔壁22和所述罩21之間形成的冷卻通道25、26相互連接。例如流入到冷卻通道25中的冷卻介質可以穿過凹部24並且通過冷卻通道26再次從電極保持器20中流出。作為冷卻介質可以例如使用水。
[0030]—電極單元32與所述關閉元件23連接。該電極單元32由一電極支架33以及一與該電極支架連接的電極34組成。該電極支架例如由鎢銅合金、例如WCu 80/20製成。相反，電極34優選由純鎢製成或摻入了稀土(元素)。電極34在此情況下，如從圖1的橫截面示圖中容易可見，相對於所述電極保持器的縱軸線以預先給定的角度傾斜，所述縱軸線沿著頁面方向從上向下延伸。電極34在此情況下插入到所述電極支架33的相應的鑽孔35中並且與電極支架材料鎖合地連接。電極34和電極支架33之間的材料鎖合的連接可以通過釺焊或將電極擠壓到電極支架33中來製成。
[0031]電極支架和關閉元件23之間的連接優選通過螺栓連接來進行。為此，關閉元件23具有一鑽孔30，該鑽孔具有一內螺紋31，一相應的突出部利用電極支架33的外螺紋旋入到所述內螺紋中。由此可以例如在焊接過程中改變電極34的直徑，方式為，所述電極單元通過一相應的具有所希望的電極的其它的電極單元來替換。
[0032]圖3在一放大示圖中示出了電極單元32的電極支架33，不具有插入的電極。在此較好可見，鑽孔35的軸線37為了接收電極(這裡未示出)相對於電極保持器20的縱軸線以一預先給定的角度傾斜。同樣可見一具有外螺紋的突出部，該外螺紋用於旋入到分隔壁22的關閉元件23中。
[0033]如在圖1中可見，電極支架33的直徑最大相應於罩21的外直徑。
[0034]此外，在導電的罩21的外表面28上敷設一絕緣層29。該絕緣層可以由塑料材料或陶瓷形成。該絕緣層以大致0.1至0.3mm的厚度敷設到外側面上。
[0035]通過空心的罩21和布置在其中的具有凹部24的分隔壁22，通過電極保持器20提供了一用於冷卻電極單元32的冷卻裝置。電極的主動的、初級的冷卻能夠實現焊接電流以直至30%的升高，這會在提高的焊接速度上表現出來。此外，給出了電極單元且尤其電極的大大減小的磨損。
[0036]因此，電極單元32的初級的、主動的冷卻也是如此之高效，因為進行了關閉元件32和其罩的引導焊接電流的部件、也就是說分隔壁的直接冷卻。通過罩21的幾何尺寸、尤其壁厚以及分隔壁22的厚度的設計，可以以希望的方式影響為了電流引導所要求的或者說所需的橫截面。
[0037]圖2在一殼體10中示出了圖1的電極保持器20。該電極保持器20利用一間隙配合布置在殼體10的鑽孔中。殼體10具有扁平件的造型，其中，在圖2的示圖中可見殼體10的縱向伸長。這意味著，具有布置在其中的電極保持器20的殼體10為了產生焊接線而在一從左向右的運動中引導，或者反過來。在此，殼體10在兩個待接合的工件之間的間隙中引導。殼體10的垂直於頁面平面延伸的寬度大大小於在圖2中可見的長度。殼體10的寬度僅略微小於在焊接過程期間被引導的所述燃燒器I的間隙。
[0038]殼體10由一劍形件11和一所謂的鎖止件12構成。劍形件11和鎖止件12基於敷設在電極保持器20的外表面28上的絕緣層29而與電極保持器20電勢分開。
[0039]這意味著，與傳統的窄間隙頭不同，殼體10無助於通過電極34的電流。基於此，劍形件11可以由廉價的黃銅形成。鎖止件12由銅、黃銅或陶瓷、例如碳化矽(SiC)或氮化矽(SiN)製成。
[0040]以本領域技術人員已知的方式，在劍形件11中同樣存在冷卻管道。為此在劍形件中掏制相應的未示出的鑽孔。同樣地，設置其它的用於惰性氣體引導的鑽孔，這些鑽孔還通過所述鎖止件延伸，用以利用惰性氣體從相對置的側面繞流所述電極34。由於這對於本領域技術人員而言是已知的，因此其同樣未示出。
[0041 ] 此外，與所述劍形件連接一未示出的、本領域技術人員已知的聯接單元，經由該聯接單元可以向電極保持器20輸入為了焊接所需的電流。同樣地，所述聯接單元具有用於輸入和導出所述冷卻介質以及用於輸入惰性氣體的接口。
[0042]在一種未示出的實施變型中，代替筆直的分隔壁22也可以設置所述冷卻通道25、26的蝸杆形的分隔部。為此所述分隔壁構造成單線程或多線程的蝸杆。由此可以實現所述電極保持器20的罩21在圓周上的均勻的冷卻。
[0043]因此在附圖中提出的窄間隙頭具有電極的初級冷卻。在此情況下，電極保持器由一空心異形件構成，其具有一導電性良好的內平面(平面的或蝸杆形的分隔壁)，其可以附加地用於電流傳遞的罩。同樣地在某些情況下可以僅經由分隔壁進行電流傳遞。通過電極與電極支架的材料鎖合的連接，給出了用於冷卻裝置的散熱的更好的接觸。電極支架優選旋入到電極保持器的關閉元件中且因此能夠實現較高程度的散熱。此外存在一關於待使用的電極的較高的靈活性。
[0044]通過敷設到電極保持器上的電絕緣部進行僅經由電極保持器的焊接電流傳導。因此，將構造成劍形件和鎖止件的殼體無電勢地與電極保持器分開。與電極保持器的冷卻無關地，可以設置殼體、尤其劍形件的冷卻。
[0045]電極的初級冷卻導致了焊接電流的升高，其表現在提高的焊接速度上。其它優點在於電極保持器結合劍形件的大大減小的磨損以及電極的減小的磨損。由於劍形件和電極保持器的電勢分開，在待加工的工件與劍形件接觸時劍形件的損壞方面不會出現問題。由此同樣可以避免前鎖止件熔化掉。
[0046]還可以降低零件成本，因為代替迄今為止使用的昂貴的鎢銅，也可以由便宜的黃銅製造出劍形件以及前鎖止件。同樣可以使用陶瓷。
[0047]電極的改善的冷卻在技術上導致等離子作用點在電極尖峰上的集中，導致等離子的穩定化，導致摻入元件的減小的蒸發速率且因此總體上導致更穩定的光弧，由此改善了焊接結果。
【權利要求】
1.用於鎢極惰性氣體焊接的燃燒器，尤其用於鎢極惰性氣體窄間隙焊接的窄間隙頭，其中，在一由金屬製成的殼體(10)中一電極單元(32)藉助於一電極保持器(20)保持住，並且存在一用於冷卻所述電極單元(32)的冷卻裝置，通過該冷卻裝置，液態的冷卻介質能夠被引入到所述電極保持器(20)中並且能夠從所述電極保持器(20)中再次引出， 其特徵在於， -所述冷卻裝置包括在所述電極保持器(20)的罩(21)以內的用於構造冷卻通道(25、26)的至少一個導電性的分隔壁(22)，其中，至少所述至少一個分隔壁(22)與所述電極單元(32)電連接，並且 -所述電極保持器(20)的外表面(28)至少在包圍所述電極保持器(20)的殼體(10)的區域中設有一絕緣層(29 )。
2.根據權利要求1所述的燃燒器，其特徵在於，所述電極保持器(20)的罩(21)通過一柱體形成，該柱體由金屬製成，尤其由銅或不鏽鋼或銅合金或不鏽鋼合金製成。
3.根據權利要求1或2所述的燃燒器，其特徵在於，所述罩(21)和所述電極保持器(20)的至少一個分隔壁(22)形狀鎖合地相互連接。
4.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述至少一個分隔壁(22)由銅形成。
5.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述至少一個分隔壁(22)在所述罩(21)的面向工件的端部上過渡到一關閉元件(23)中，該關閉元件流體密封地與所述罩(21)連接。
6.根據權利要求5所述的燃燒器，其特徵在於，所述至少一個分隔壁(22)在所述關閉元件(23)的區域中具有至少一個凹部，所述冷卻通道(25、26)通過所述凹部相互連接，從而液態的冷卻介質能夠通過至少一個冷卻通道(25、26)流入到所述電極保持器(20)中並且朝向所述關閉元件(23)流動，以及能夠通過至少一個另外的冷卻通道(25、26)從所述關閉元件(23)離開地流動並且從所述電極保持器(20)中流出。
7.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述至少一個分隔壁(22)通過平面的橋接件或者單線程或多線程的蝸杆形成。
8.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述絕緣層(29)由耐熱的塑料或陶瓷製成。
9.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述電極單元(32)構造有至少兩個部分，其中，圓錐形地朝向一工件變細的由鎢或鎢合金製成的電極在一由具有大於50W/mK的導熱率的金屬製成的電極支架中力鎖合和/或材料鎖合和/或形狀鎖合地固定住。
10.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述電極單元(32)與所述電極保持器(20)能鬆開地旋緊。
11.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述電極單元(32)直接與所述電極保持器(20)的關閉元件(23)能鬆開地旋緊。
12.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述殼體(10)是扁平的，其中，其寬度明顯小於一長度，其中，該長度是所述殼體(10)沿著一焊接線的延伸長度。
13.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述殼體(10)具有一鑽孔，所述電極保持器(20)利用一間隙配合接收在該鑽孔中。
14.根據前述權利要求中任一項所述的燃燒器，其特徵在於，所述殼體(10)不包括絕緣部，尤其不包括外絕緣部。
15.電極保持器(20)，用於根據權利要求1至14中任一項所述的燃燒器，所述電極保持器保持一電極單元(32)並且包括一用於冷卻所述電極單元(32)的冷卻裝置，液態的冷卻介質能夠通過所述冷卻裝置引入到所述電極保持器(20)中並且能夠從所述電極保持器(20)中再次引出， 其特徵在於， -所述冷卻裝置包括在所述電極保持器(20)的罩(21)以內的用於構造冷卻通道(25、26)的至少一個導電性的分隔壁(22)，其中，至少所述至少一個分隔壁(22)與所述電極單元(32)電連接，並且 -所述電極保持器(20)的外表面(28)至少在包圍所述電極保持器(20)的殼體(10)的區域中設有一絕緣層(29 )。
【文檔編號】B23K9/02GK104507627SQ201380040801
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2012年7月31日
【發明者】哈內布特 H., 維爾納 C. 申請人:西門子公司