背景技術(shù)：

本發(fā)明概括地涉及一種焊接系統(tǒng)，并且更具體地涉及具有真空絕緣手柄的焊炬。

焊接系統(tǒng)通常包括電極，該電極配置成使得電弧通過(guò)焊炬和工件之間，由此加熱工件來(lái)產(chǎn)生焊縫。在許多系統(tǒng)中，例如在金屬極惰性氣體(mig)保護(hù)焊接和焊條焊接系統(tǒng)中，電極是可消耗焊絲，該可消耗焊絲熔融到焊縫中以將填料材料提供到焊縫中。相反，tig焊接系統(tǒng)采用與填料材料獨(dú)立的不可消耗的鎢電極。也就是說(shuō)，tig焊接工藝并不將鎢電極熔融到形成在工件上的焊縫中，并且鎢電極在使用期間升溫。

在某些焊接系統(tǒng)中，在焊炬手柄周圍的空氣邊界或空氣循環(huán)通常防止手柄在整個(gè)焊接操作期間過(guò)熱。然而，某些焊接應(yīng)用可產(chǎn)生比自然或強(qiáng)制對(duì)流(例如，空氣邊界或循環(huán)周圍空氣)所能夠耗散的熱量更多的熱量，并且此類應(yīng)用通常使用液體冷卻式焊炬來(lái)實(shí)現(xiàn)。液體冷卻式焊炬可包括多個(gè)附加的部件，例如用于將液體運(yùn)送至液體冷卻系統(tǒng)和從液體冷卻系統(tǒng)運(yùn)送液體的管道，其可增加焊炬的體積，從而導(dǎo)致焊炬難以在某些位置中操縱。此外，由于焊炬的大小和體積，焊炬的可操縱性可以是繁雜的和/或受限的。因此，需要一種焊炬，該焊炬具有減小的尺寸和增強(qiáng)的熱邊界，以減小焊炬的過(guò)熱，同時(shí)改進(jìn)焊炬的可操縱性和人機(jī)工程性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，焊炬包括電導(dǎo)體、圍繞電導(dǎo)體設(shè)置的外材料層以及設(shè)置在電導(dǎo)體和外材料層之間的密封真空區(qū)域。

在另一實(shí)施例中，一種方法包括提供焊炬電導(dǎo)體、圍繞焊炬電導(dǎo)體來(lái)定位外材料層、在外材料層和焊炬電導(dǎo)體之間產(chǎn)生真空區(qū)域，以及圍繞焊炬電導(dǎo)體來(lái)固定外材料層以密封真空區(qū)域。

在又一實(shí)施例中，焊炬包括焊炬手柄，該焊炬手柄具有焊炬電導(dǎo)體，圍繞該焊炬電導(dǎo)體設(shè)置的外材料層、設(shè)置在焊炬電導(dǎo)體和外材料層之間的密封真空區(qū)域以及圍繞外材料層設(shè)置的包覆模制外層。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參照附圖閱讀以下具體實(shí)施方式時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中，類似的附圖標(biāo)記代表附圖中的類似部件，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示例性焊接系統(tǒng)的示意圖；

圖2是具有真空絕緣手柄的焊炬的立體圖；

圖3是具有真空絕緣手柄的焊炬的側(cè)剖視圖；以及

圖4是制造具有真空絕緣手柄的焊炬的方法的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

本文的實(shí)施例涉及具有真空絕緣手柄的焊炬。例如，焊炬可包括焊接電流可流過(guò)其中的電導(dǎo)體、圍繞該導(dǎo)體的密封真空區(qū)域以及圍繞密封真空區(qū)域設(shè)置的外材料層。該密封真空區(qū)域可作為圍繞導(dǎo)體的絕緣區(qū)域起作用或操作，由此減少在焊接操作期間從導(dǎo)體向外材料層并最終向保持焊炬的操作者手或設(shè)備的熱傳遞。可意識(shí)到，包括圍繞導(dǎo)體的密封真空區(qū)域可使得圍繞導(dǎo)體設(shè)置的其它絕緣材料層的大小和/或體積能夠減小，同時(shí)仍實(shí)現(xiàn)從導(dǎo)體向焊炬外部的熱傳遞的期望減小。如下文詳細(xì)地描述，焊炬的密封真空區(qū)域可使用諸如真空銅焊技術(shù)之類的各種方法或工藝來(lái)產(chǎn)生。

現(xiàn)轉(zhuǎn)向附圖，圖1說(shuō)明焊接系統(tǒng)10(例如，鎢極惰性氣體(tig)保護(hù)焊接系統(tǒng))，該焊接系統(tǒng)包括電源12、保護(hù)氣體源14以及焊炬16。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，電源12經(jīng)由電源管道18向焊炬16供電。電源12可取決于期望的應(yīng)用將直流(dc)或交流(ac)供給至焊炬16。例如，ac電流可適合于焊接鋁或鎂，而dc電流可適合于焊接不銹鋼、鎳或鈦。除了使得電流與材料選擇相匹配以外，電源12的輸出可改變以獲得期望的焊縫特性。例如，低ac頻率(例如，56hz)電流可產(chǎn)生淺淺地穿透工件20的寬電弧，而高ac頻率(例如，200hz)電流可產(chǎn)生較深地穿透工件20的聚焦電弧。

除了電流的頻率以外，電源12可改變輸出至焊炬16的電流的安培數(shù)。由電壓12輸出的安培數(shù)的設(shè)定可通過(guò)在電源12上的設(shè)置旋鈕或按鈕或其它輸入裝置來(lái)調(diào)節(jié)，或者可由遠(yuǎn)程控制件22來(lái)設(shè)置。例如，焊接系統(tǒng)10可包括腳踏板遠(yuǎn)程控制件22(如圖所示)，其允許操作者在焊接期間通過(guò)保持腳踏板壓下或者擺平腳踏板遠(yuǎn)程控制件22進(jìn)行電流調(diào)節(jié)以改變安培數(shù)。遠(yuǎn)程控制件22還可包括指尖控制件、聽(tīng)覺(jué)命令或其它形式的輸入來(lái)向電源12發(fā)出信號(hào)，以輸出對(duì)應(yīng)的電流。

此外，焊炬16可從氣體源14得到保護(hù)氣體供給。通常，保護(hù)氣體可供給至焊炬16并且在焊縫的位置處從焊炬排出。在整個(gè)焊接期間和/或在焊接電弧熄滅不久之后，保護(hù)氣體可剛好在撞擊焊接電弧之前排出。保護(hù)氣體保護(hù)焊接區(qū)域免受諸如氮?dú)夂脱鯕庵惌h(huán)境氣體的影響，其可導(dǎo)致熔合缺陷、孔隙以及焊接金屬脆化。保護(hù)氣體還可將熱量從焊接電導(dǎo)體傳遞至金屬，并且可有助于啟動(dòng)和維持穩(wěn)定的電弧。

如圖1中所示，保護(hù)氣體可在容器中提供并且經(jīng)由調(diào)節(jié)器24、管道26、氣體閥28以及氣體管道30輸送至焊炬16。調(diào)節(jié)器24可允許操作者限制輸送至氣體閥28的氣體的壓力，以獲得期望的流動(dòng)速率。此外，氣體閥28可實(shí)現(xiàn)與其它焊接操作協(xié)調(diào)地停止和啟動(dòng)保護(hù)氣體向焊炬16的流動(dòng)。雖然示作安裝在電源12上，但氣體閥28可位于焊接系統(tǒng)10內(nèi)的其它位置處、例如位于焊炬16上。

通常，焊接系統(tǒng)10可提供經(jīng)由工件20向電源12的電流流動(dòng)。例如，如圖1中所示，焊接系統(tǒng)10可包括線纜32，該線纜經(jīng)由工件夾具34固定于工件20。在此種配置中，由電源12提供的電流通過(guò)電源管道18流動(dòng)至焊炬16、經(jīng)過(guò)電弧從電導(dǎo)體36流動(dòng)至工件20并且經(jīng)由工件夾具34和線纜32返回至電源12。

焊炬16的本實(shí)施例可包括真空絕緣手柄38。例如，真空絕緣焊炬手柄38可包括設(shè)置在焊炬16的電導(dǎo)體36和圍繞真空區(qū)域形成的外材料層之間的真空區(qū)域。在某些實(shí)施例中，真空區(qū)域可使用諸如真空銅焊之類的方法形成。外材料層可由任何合適的耐熱材料形成，諸如陶瓷、聚合物、塑料或其它材料。此外，真空絕緣手柄38的某些實(shí)施例可包括圍繞外材料層設(shè)置的附加的包覆模制層。例如，附加的包覆模制層可由橡膠或其它合適的材料形成。真空絕緣焊炬手柄38的這些和其它特征將參照?qǐng)D2進(jìn)一步詳細(xì)地描述。

圖2是包括真空絕緣焊炬手柄38的焊炬16的立體圖。焊炬頭部40可以是較大焊炬本體的延伸到手柄38中的部件，從而允許操作者經(jīng)由手柄38來(lái)固持和操作焊炬16。電導(dǎo)體36用于促進(jìn)在焊炬16和工件20之間產(chǎn)生焊接電弧44，用于焊接操作。如下文詳細(xì)地描述，手柄38特征在于中空內(nèi)部，以便于使得電力和氣體路由至電導(dǎo)體36并且提供空氣空間，在該空氣空間中可產(chǎn)生真空區(qū)域以使得手柄38熱絕緣。焊炬16的與焊炬頭部40耦連的其它部件可包括絕緣體41、噴嘴43、夾頭(未示出)、電導(dǎo)體36以及后蓋45。絕緣體41可定位在焊炬頭部40的內(nèi)部上，以阻擋由焊接電流所產(chǎn)生的熱量通入到焊炬本體和/或手柄38中?？膳c絕緣體41或焊炬頭部40附連的噴嘴43包括中空管狀部件，其封圍夾頭和電導(dǎo)體36，以提供用于供保護(hù)氣體通過(guò)噴嘴43的內(nèi)部表面和夾頭之間的路徑。后蓋45螺接到焊炬頭部40中，以固定夾頭和電導(dǎo)體36。不同長(zhǎng)度的后蓋45和不同大小的噴嘴43可與同一焊炬本體互換，從而允許操作者在各種tig焊接應(yīng)用中使用相同的焊炬本體。與焊炬本體耦連的線纜組件47從電源管道18和氣體管道30將電力和保護(hù)氣體兩者傳送至焊炬頭部40。手柄38可利用插塞49耦連至線纜組件47，從而在手柄38之上產(chǎn)生密封件。

圖3是包括真空絕緣焊炬手柄38的焊炬16的側(cè)剖視圖。焊炬16包括焊炬頭部40和焊炬基部42，它們?cè)谀承?shí)施例中可直接地集成到焊炬手柄38中。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，電導(dǎo)體36(例如，導(dǎo)電內(nèi)部本體)延伸穿過(guò)焊炬16的中心。換言之，電導(dǎo)體36延伸穿過(guò)焊炬基部42、焊炬手柄38以及焊炬頭部40，以便于從電源管道18向工件20的電流傳導(dǎo)。具體地，電流可從焊炬頭部40傳導(dǎo)至焊炬16的鎢插入件。應(yīng)注意，圖3中說(shuō)明的實(shí)施例簡(jiǎn)化地聚焦在絕緣焊炬手柄38上。

可意識(shí)到，由電導(dǎo)體36通過(guò)焊炬16的電流傳遞(例如，傳遞至焊炬16的鎢插入件)可在手柄38內(nèi)產(chǎn)生升高的溫度。也就是說(shuō)，當(dāng)在焊炬16和工件20之間產(chǎn)生電弧時(shí)，通過(guò)流過(guò)電導(dǎo)體36的電流而在整個(gè)電導(dǎo)體36產(chǎn)生熱量。為了減少?gòu)碾妼?dǎo)體36向焊炬16的手柄38的外部46的熱傳遞，真空絕緣焊炬手柄38包括密封真空區(qū)域48(例如，空腔、環(huán)形容積、內(nèi)部容積等等)，該密封真空區(qū)域在焊炬手柄38和焊炬頭部40內(nèi)圍繞電導(dǎo)體36設(shè)置。然而，在某些實(shí)施例中，真空密封區(qū)域48可僅僅設(shè)置在焊炬手柄38內(nèi)。也就是說(shuō)，真空密封區(qū)域48可以不延伸到焊炬頭部40中。例如，可改裝具有真空密封區(qū)域48的焊炬手柄38來(lái)用于現(xiàn)有的焊炬16。

真空密封區(qū)域48用于減少?gòu)碾妼?dǎo)體36向外材料層50(例如，電絕緣的和/或熱絕緣的層)的熱傳遞，該外材料層圍繞真空密封區(qū)域48設(shè)置。例如，密封真空區(qū)域48可具有大約0.0001至10、0.0002至8、0.0003至6、0.0004至4、0.0005至2或0.001至1帕斯卡的壓力。圍繞真空密封區(qū)域48設(shè)置的外材料層50可以是低導(dǎo)熱的和/或低導(dǎo)電的材料，例如塑料、陶瓷、復(fù)合物、諸如不銹鋼的金屬或者其它合適的材料。在某些實(shí)施例中，焊炬16可進(jìn)一步包括外部包覆模制層52，該外部包覆模制層可由模制或以其它方式設(shè)置在外材料層50之上的橡膠或者其它材料形成，并且可進(jìn)一步減少?gòu)碾妼?dǎo)體36向使用焊炬16的操作者的熱傳遞。例如，外材料層50和外部包覆模制層52可直接彼此相鄰地設(shè)置。然而，在其它實(shí)施例中，焊炬16可以不包括外部包覆模制層52。

焊炬16可使用各種不同的方法來(lái)制造。也就是說(shuō)，可使用不同的工藝來(lái)在真空絕緣焊炬手柄38內(nèi)產(chǎn)生密封真空區(qū)域48。例如，可使用諸如烘箱真空銅焊之類的真空銅焊工藝或技術(shù)來(lái)在電導(dǎo)體36和外材料層50之間產(chǎn)生密封真空區(qū)域48。具體地，焊炬16可通過(guò)在提供真空環(huán)境的烘箱或熔爐內(nèi)，圍繞電導(dǎo)體36定位外材料層50來(lái)形成。換言之，烘箱或熔爐可在其內(nèi)不具有空氣，或者烘箱或熔爐內(nèi)的環(huán)境可小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。例如，真空環(huán)境內(nèi)的壓力可以是大約0.0001至10、0.0002至8、0.0003至6、0.0004至4、0.0005至2或0.001至1帕斯卡。在烘箱或熔爐內(nèi)部，外材料層50然后可圍繞電導(dǎo)體36銅焊就位。例如，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，兩個(gè)銅焊環(huán)54定位并且銅焊至在焊炬頭部40的端部56處的外材料層和/或電導(dǎo)體36。附加地，外材料層50可銅焊至在焊炬16的焊炬基部42處的基部適配器58。在某些實(shí)施例中，焊炬16還可包括一個(gè)或多個(gè)銅焊環(huán)54，這些銅焊環(huán)定位并且銅焊至在焊炬16的焊炬基部42處的外材料層50、電導(dǎo)體36和/或基部適配器58。這樣，真空密封區(qū)域48可得以產(chǎn)生并且由銅焊環(huán)54、外材料層50以及基部適配器58之間的連接部來(lái)密封。在銅焊完成之后，焊炬16可從烘箱或熔爐移除。在某些實(shí)施例中，外部包覆模制層52然后可施加于焊炬16的外材料層50。例如，外部包覆模制層52可模制、包裹或以其它方式粘合于外材料層50。

可意識(shí)到，生產(chǎn)焊炬手柄38的真空銅焊技術(shù)的使用可帶來(lái)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的益處和優(yōu)點(diǎn)。例如，真空銅焊可使得能夠產(chǎn)生高質(zhì)量(例如，高強(qiáng)度和/或高完整性)并且清潔的銅焊接頭。于是，可以以高質(zhì)量(例如，能夠長(zhǎng)時(shí)間維持真空密封)生產(chǎn)焊炬16和手柄38內(nèi)的真空密封區(qū)域48，由此延長(zhǎng)焊炬16的可用壽命。附加地，真空銅焊技術(shù)可使得能夠降低與焊炬16的生產(chǎn)相關(guān)聯(lián)的成本(例如，制造和勞力成本)。

附加地，可意識(shí)到，圍繞電導(dǎo)體36設(shè)置的真空密封區(qū)域48可比傳統(tǒng)的焊炬冷卻方法(例如空氣冷卻或液體冷卻方法)更有效地隔離通過(guò)電導(dǎo)體36產(chǎn)生的熱量。換言之，真空密封區(qū)域48可減小從電導(dǎo)體36向手柄38的熱量傳導(dǎo)和/或熱對(duì)流。于是，可更緊湊地和/或更符合人機(jī)工程學(xué)地制造焊炬16。例如，在某些實(shí)施例中，焊炬16可具有供較高電流通過(guò)的較小電導(dǎo)體36，同時(shí)真空密封區(qū)域48充分地隔離在電導(dǎo)體36內(nèi)產(chǎn)生的熱量。使用具有較高電流的較小電導(dǎo)體36使得能夠生產(chǎn)較小的焊炬16，改進(jìn)焊炬16的人機(jī)工程性和可用性，同時(shí)仍使得能夠產(chǎn)生足夠高的焊接電流。

圖4是用于制造或產(chǎn)生具有真空絕緣焊炬手柄38的焊炬16的方法60的工藝流程圖。由框塊62指示的第一步驟可以是提供焊炬電導(dǎo)體36。如上所述，電導(dǎo)體36配置成將來(lái)自電源管道18且由此來(lái)自電源12的電流傳遞至工件20。也就是說(shuō)，電導(dǎo)體36用于促進(jìn)在焊炬16和工件20之間產(chǎn)生焊接電弧44，用于焊接操作。在某些實(shí)施例中，電導(dǎo)體36可由無(wú)氧銅形成。接下來(lái)，外材料層50圍繞焊炬電導(dǎo)體36定位(例如，徑向地)，如框塊64所指示?？梢庾R(shí)到，外材料層50可具有與電導(dǎo)體36類似的幾何形狀，以基本上封圍電導(dǎo)體36，同時(shí)仍在電導(dǎo)體36和外材料層50之間提供間隙、空間或環(huán)部(即，變?yōu)檎婵彰芊鈪^(qū)域48)。外材料層50可由任何合適的材料形成，例如隔熱和/或電絕緣的材料。例如，外材料層50可由陶瓷、塑料、聚合物或其它材料形成。

在外材料層50圍繞電導(dǎo)體36定位之后，真空區(qū)域可在外材料層50和電導(dǎo)體36之間產(chǎn)生，如框塊66所指示。例如，電導(dǎo)體36和外材料層50可放置在具有小于大氣壓力的環(huán)境例如真空烘箱或真空熔爐中。一旦產(chǎn)生真空區(qū)域，就可密封該真空區(qū)域以產(chǎn)生真空密封區(qū)域48。如框塊68所指示，外材料層50可圍繞電導(dǎo)體36固定，以密封真空區(qū)域并且產(chǎn)生密封真空區(qū)域48。如上所述，外材料層50可使用銅焊工藝(例如，在烘箱或熔爐內(nèi)真空銅焊工藝)圍繞電導(dǎo)體36固定。銅焊工藝可包括將銅焊環(huán)54銅焊至外材料層50，并且將外材料層50銅焊至焊炬16的基部適配器58。這樣，可密封電導(dǎo)體36和外材料層50之間的環(huán)部或間隙，同時(shí)維持環(huán)部或間隙內(nèi)的真空。

在產(chǎn)生密封真空區(qū)域48之后，焊炬手柄38可從真空環(huán)境移除(即，從真空烘箱或真空熔爐移除)。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加的材料層可施加于焊炬手柄38。例如，如框塊70所指示，外部包覆模制層52可添加至焊炬手柄38(例如，圍繞外材料層50設(shè)置)以提供附加的絕緣層。例如，外部包覆模制層52可由陶瓷、塑料、聚合物或其它材料形成。然而，在其它實(shí)施例中，可以不包括外部包覆模制層52。

可意識(shí)到，可以以不同的順序來(lái)執(zhí)行圖4中示出的方法60的步驟。例如，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，如框塊66所指示，在外材料層50和電導(dǎo)體36之間產(chǎn)生真空區(qū)域之前，外材料層50圍繞電導(dǎo)體36定位，如框塊64所指示。換言之，在電導(dǎo)體36和外材料層50放置在真空環(huán)境例如真空烘箱或真空熔爐中之前，外材料層50圍繞電導(dǎo)體36定位。然而，在其它實(shí)施例中，框塊64和66的步驟可顛倒。也就是說(shuō)，電導(dǎo)體36可放置在真空環(huán)境例如真空烘箱或真空熔爐內(nèi)，并且外材料層50可隨后放置在真空環(huán)境內(nèi)并且圍繞電導(dǎo)體36定位。

如上所述，本文的實(shí)施例涉及具有真空絕緣手柄38的焊炬16。焊炬16包括電導(dǎo)體36，其配置成使得焊接流(例如，電流)流過(guò)圍繞電導(dǎo)體36的密封真空區(qū)域48和圍繞真空密封區(qū)域48設(shè)置的外材料層50。密封真空區(qū)域48作為圍繞電導(dǎo)體36的絕緣區(qū)域起作用，由此減少在焊接操作期間從電導(dǎo)體36向外材料層50并最終向操作者的手或設(shè)備的熱傳遞。如上所述，圍繞電導(dǎo)體36的密封真空區(qū)域48使得圍繞電導(dǎo)體36設(shè)置的其它絕緣材料層的大小和/或體積減小，同時(shí)仍實(shí)現(xiàn)從電導(dǎo)體36向焊炬16(例如，焊炬手柄38)的外部的熱傳遞的期望減小。于是，焊炬16對(duì)于用戶或操作者而言可以更小、更輕且更具操縱性。附加地，真空絕緣式焊炬手柄38的增大的熱保持和/或熱絕緣使得較大的電流(例如，產(chǎn)生較高的焊接溫度)能夠用于較小的電導(dǎo)體36，由此進(jìn)一步使得能夠減小焊炬16的大小并且改進(jìn)利用焊炬16生產(chǎn)的焊縫和銅焊的質(zhì)量。

雖然在此已說(shuō)明并描述了本發(fā)明的僅僅某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到許多修改和改變。因此，應(yīng)理解，所附權(quán)利要求書旨在覆蓋落在本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這些修改和改變。