專利名稱：等離子弧發(fā)生器噴嘴的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于焊接的，更具體地說，本發(fā)明是關于等離子焊接或切割的。
噴嘴在等離子弧發(fā)生器中起著關鍵的作用，它決定了等離子弧的品質。等離子弧焊接技術發(fā)展了近半個世紀，這項技術作為一種高能密度焊接方法與其它弧焊方法相比有其獨特的優(yōu)點。例如，它具有高熔透能力，在等離子弧“小孔”焊接模式下不開坡口可獲得單道熔透12mm厚的金屬對接焊縫。而且焊縫的深、寬比大，焊接效率高，焊接速度快，焊接質量好。
盡管如此，這項焊接技術始終未能在焊接工程生產中得到廣泛的應用。其主要原因是該項技術的焊接過程的穩(wěn)定性差，尤其是在“小孔”模式焊接條件下，“小孔”的穩(wěn)定性決定了焊接過程的穩(wěn)定性，而現(xiàn)有的等離子弧焊過程經(jīng)常發(fā)生“雙弧”現(xiàn)象，是造成等離子弧焊不穩(wěn)定的直接原因；另一方面，形成等離子弧“小孔”模式焊接的物理條件是需要較高的電流密度，因為等離子弧的能量密度必須大于108W/m2，低于此能量密度不能形成“氣化式”能量傳輸，在弧焊熱傳導模式下，不能產生“小孔效應”。等離子弧焊炬的噴嘴直徑愈小，在給定電流條件下電弧的能量密度愈高。本專業(yè)的技術人員都知道，噴嘴直徑也受到“雙弧”物理現(xiàn)象的限制，因此對現(xiàn)有技術中的小直徑噴嘴，只能在低電流條件下焊接薄板?；谏鲜鲈?，等離子焊接在工程生產中尚未獲得到廣泛實際應用。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中的缺點，提供一種結構簡單，能有效提高等離子電弧能量密度，避免“雙弧”，顯著提高等離子弧焊“小孔”模式焊接過程穩(wěn)定性的等離子弧焊發(fā)生器用的噴嘴。
本發(fā)明的目的通過下述技術方案予以實現(xiàn)。
本發(fā)明的等離子弧發(fā)生器噴嘴包括連接孔道以及與其連通的等離子壓縮孔，所述壓縮孔置于噴頭的中央；在所述噴頭上環(huán)繞所述壓縮孔設置直徑小于0.5mm、均勻布置的微氣孔，其數(shù)量在6個以上。
所述微氣孔一圈8個、二圈16個、三圈24個。所述微氣孔的直徑為0.2～0.5mm。所述微氣孔與連接孔道相通。所述微氣孔相鄰之間的間距為0.8～2mm。
下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步描述。


圖1是本發(fā)明噴嘴結構示意圖；圖2a是本發(fā)明的噴嘴在等離子弧“小孔”模式下所產生的電弧形態(tài)；
圖2b是現(xiàn)有等離子弧焊噴嘴在等離子弧焊“小孔”模式下所產生的電弧形態(tài)；圖3a是本發(fā)明噴嘴在長時間使用后噴嘴未發(fā)生嚴重的燒損情況；圖3b是現(xiàn)有等離子弧焊噴嘴由于“雙弧”現(xiàn)象造成噴嘴嚴重燒損的情況。
在圖中，本發(fā)明的噴嘴包括連接孔道1、等離子壓縮孔2、噴頭3、微氣孔4。
所述連接孔道1用于與等離子焊槍的端部相連接，焊槍上的電極置于連接孔道1之中。所述連接孔道1與等離子壓縮孔2相通。在噴嘴的噴頭3上，環(huán)繞壓縮孔2設置一系列的微氣孔4。所述微氣孔4必須均勻布置，微氣孔4的直徑以0.2～0.5mm為宜，當然，微氣孔4的直徑越小越好，不過太小的微氣孔加工起來難度太大。微氣孔4環(huán)繞在壓縮孔2的周圍，均勻布置，可以一圈布置8個微氣孔，也可以兩圈布置16個微氣孔，或者三圈布置24個微氣孔。當然，根據(jù)噴嘴噴頭3的不同大小，微氣孔4的數(shù)量作不同的變化。一般地說來，只要各微氣孔不發(fā)生互相連通的現(xiàn)象，微氣孔數(shù)量越多、孔徑越小，效果越好。所述微氣孔4必須與連接孔道1相通。
在本發(fā)明的噴嘴中，噴嘴中的等離子體電弧周圍，被未電離的惰性氣體(如氬氣、氦氣)所包圍，并被冷卻。由于噴嘴表面均勻分布冷氣流，因此噴嘴表面與工件之間所產生的“雙弧”現(xiàn)象得到了有效的避免。實驗結果表明壓縮孔2直徑1.5mm的噴嘴產生“雙弧”的電流提高到120A。此外，由于均勻分布氣體的作用，從工件反射上來的等離子體電弧被抑制、消除，如圖2a所示。這也是避免噴嘴“雙弧”現(xiàn)象的另一個主要原因。
由于等離子電弧周圍被冷卻，被未電離的惰性氣體所包圍，因而產生電弧自收縮效應，電弧的能量密度獲得顯著提高。另外，對于給定的噴嘴直徑，由于許用電流提高了50％～100％，因此等離子體電流密度及能量密度得到了很大的提高，因而電弧的穿透能力得到增強，焊接速度明顯加快。
由于“雙弧”現(xiàn)象與等離子噴嘴壓縮孔2的孔徑和結構關系密切，因此一般講，對每一個孔徑的噴嘴都有一個極限焊接電流，如超過此電流立即產生“雙弧”現(xiàn)象。現(xiàn)有等離子弧焊噴嘴直徑與許用電流如下表所示。
表噴嘴直徑與許用電流
實驗結果表明，對直徑1.5mm，帶有微氣孔的噴嘴，在電流110A條件下，“小孔”模式能實現(xiàn)穿透6.5mm厚不銹鋼板，焊速達到0.15M～0.2M/min。而對于現(xiàn)有技術的噴嘴，直徑同樣為1.5mm，最大許用焊接電流僅為75A，“小孔”模式完全穿透僅為4mm厚不銹鋼板，焊速為0.1～0.12M/min。同樣，對于帶有微氣孔的噴嘴，直徑為2.4mm，在許用焊接電流200A條件下，“小孔”模式可焊接6.5mm厚不銹鋼板，弧焊速度為0.27M～0.4M/min；而現(xiàn)有噴嘴最大許用焊接電流僅為120A，“小孔”模式6.5mm厚不銹鋼板焊速僅為0.12～0.15M/min。由此可知，帶有微氣孔噴嘴顯著的改進了等離子弧的性能，提高了電弧的能量密度。從而提高了電弧的穿透能力和焊接速度。
本發(fā)明能夠顯著提高噴嘴的使用壽命，由于帶有微氣孔噴嘴避免了“雙弧”和抑制電弧的反射及液體熔池金屬飛濺引起的噴嘴燒損，因此噴嘴壽命大大提高。普通噴嘴一般在正常使用條件下，經(jīng)過短時間使用后噴嘴孔徑就會由于燒損而變形，引起電弧能量密度的改變，嚴重時由于“雙弧”或液態(tài)熔池金屬的飛濺，噴嘴立即燒損而無法繼續(xù)使用。而微氣孔噴嘴由于冷氣流的保護作用，避免“雙弧”及金屬飛濺。經(jīng)過長時間焊接，噴嘴直徑?jīng)]有明顯的改變，如圖3a所示。這樣保證了等離子電弧的物理特性和穩(wěn)定性。
本發(fā)明還可增加等離子弧焊接電流調節(jié)范圍，現(xiàn)有的等離子弧焊噴嘴由于“雙弧”物理現(xiàn)象的限制，電流調節(jié)范圍窄小，如直徑1.5mm的噴嘴，電流調節(jié)范圍50A～75A；而同樣直徑的帶有微氣孔噴嘴電流調節(jié)范圍為50A～120A，電流調節(jié)范圍提高約3倍。
本發(fā)明的帶有微氣孔的等離子發(fā)生器噴嘴不僅適用于等離子弧焊接，而且也適用于等離子弧切割。
本發(fā)明有下列有益效果1．結構簡單，易于加工、制造。
2．能顯著提高等離子弧焊接的電流密度。
3．能夠有效避免產生雙弧現(xiàn)象。
4．提高了焊接效率，降低了生產成本。
權利要求
1．一種等離子弧發(fā)生器噴嘴，包括連接孔道以及與其連通的等離子壓縮孔，所述壓縮孔置于噴頭的中央，其特征是，在所述噴頭上環(huán)繞所述壓縮孔設置直徑小于0.5mm、均勻布置的微氣孔，其數(shù)量在6個以上。
2．根據(jù)權利要求1述的等離子弧發(fā)生器噴嘴，其特征是，所述微氣孔與微氣孔之間的距離為0.7～2mm。
3．根據(jù)權利要求1所述的等離子弧發(fā)生器噴嘴，其特征是，所述微氣孔的布置為分圈均勻布置。
4．根據(jù)權利要求3所述的等離子弧發(fā)生器噴嘴，其特征是，所述微氣孔的布置為第一圈8個，第二圈8～12個，第三圈8～16個。
5．根據(jù)權利要求1所述等離子弧發(fā)生器噴嘴，其特征是，所述微氣孔的直徑為0.2～0.5mm。
6．根據(jù)權利要求1所述等離子弧發(fā)生器噴嘴，其特征是，所述微氣孔與連通孔道相通。
7．根據(jù)權利要求1所述等離子弧發(fā)生器噴嘴，其特征是，所述噴頭的表面為平面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種等離子弧發(fā)生器噴嘴,它包括連接孔道以及與其連通的等離子壓縮孔,所述壓縮孔置于噴頭的中央;在所述噴頭上環(huán)繞所述壓縮孔設置直徑小于0.5mm、均勻布置的微氣孔,其數(shù)量在6個以上。本發(fā)明結構簡單,易于加工、制造;能顯著提高等離子弧焊接的電流密度;能夠有效避免產生“雙弧”現(xiàn)象;提高了焊接效率,降低了生產成本。本發(fā)明的噴嘴不僅適用于等離子弧焊接,而且也適用于等離子弧切割。
文檔編號B23K10/02GK1310310SQ00121599
公開日2001年8月29日 申請日期2000年8月15日 優(yōu)先權日2000年8月15日
發(fā)明者張紹彬 申請人:張紹彬