專利名稱:氣體壓縮式電弧噴嘴的制作方法
本申請是一個(gè)美國在先申請的部分后續(xù)申請，該在先申請是1986年1月31日提交的，申請?zhí)枮?24525。
本發(fā)明介紹了一種利用氣流控制電弧放電的裝置，其中，電弧放電的對(duì)象是一個(gè)導(dǎo)體工件。
電弧放電裝置的一般應(yīng)用是切割和打眼，而對(duì)某些情況來說，由于在工件上積存了溶渣，所以要獲得一個(gè)干凈的工件幾乎是不可能的。在防止這種問題出現(xiàn)的努力中曾采用了氣體噴咀，根據(jù)工件的具體情況對(duì)其進(jìn)行不同的安置。例如為在一個(gè)工件的外表面氣刨出一個(gè)溝槽，曾把許多個(gè)氣體噴咀聚集成組安置在該裝置的焊頭下方，噴咀對(duì)準(zhǔn)電弧對(duì)工件放電的部位，這樣做的目的是希望最大限度地除去電弧所熔融的金屬。然而，實(shí)際上不管把多少個(gè)氣體噴咀聚集成組安置在焊頭的下方，還是如1983年2月15日公布的專利號(hào)為51405號(hào)的保加利亞專利所描述的那樣，把氣體噴咀環(huán)形分布在焊頭周圍，電弧放電總要發(fā)出噪音，而且加工后的產(chǎn)品上堆滿了含有工件材料熔化而成的硬化的熔滴熔渣，它們牢固地粘附在工件上，或許還會(huì)造成過量的電焊煙塵。在1985年9月25日提交的申請?zhí)柗謩e為780031和780033的在先專利申請中做出了對(duì)熔化極焊條的論述，該焊條用來提高在電弧作用于工件的位置處產(chǎn)生熱能的能力，但即便是使用該熔化極焊條自動(dòng)進(jìn)給的焊槍，也同樣避免不了上述問題。
本發(fā)明的目的之一，是提供一種新的和改進(jìn)的利用氣流對(duì)電弧放電加以定形和定位的方法和裝置。
本發(fā)明的具體目的之一，是與已有技術(shù)相比，要以一種建立相對(duì)安靜而平穩(wěn)的電弧作用方式來實(shí)現(xiàn)上述目的，同時(shí)，幾乎沒有熔渣積存且極大地降低了煙塵。
本發(fā)明的另一個(gè)具體目的，是在實(shí)現(xiàn)上述目的同時(shí)，使電弧的壓縮獲得可調(diào)性控制，使工件與氣體噴咀的相對(duì)位置遠(yuǎn)大于現(xiàn)在可能的相對(duì)位置，從而為觀察電弧作用于工件的情況提供一個(gè)更為理想的觀察通道。
本發(fā)明的一個(gè)更為具體的目的，是為一個(gè)電弧放電裝置提供一種通用的噴咀結(jié)構(gòu)。因此使同一個(gè)噴咀可用于實(shí)現(xiàn)上述多種目的、適用于各種各樣的操作，包括金屬板氣割和工件氣刨。
本發(fā)明的一個(gè)總的目的，是采用一種實(shí)現(xiàn)更快、更有效的電弧放電作用的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，顯著擴(kuò)大了電弧放電的可行范圍，從而達(dá)到上述諸種目的。
本發(fā)明用這樣一個(gè)電弧放電裝置實(shí)現(xiàn)上述諸種目的，在該裝置中，一個(gè)環(huán)狀噴咀包圍著電極且其構(gòu)造要適于以跨音速放射氣流，并在圍繞電極中心軸的圓周方向上產(chǎn)生均勻氣流，且氣流被導(dǎo)向下游口，包圍住電弧，同時(shí)，徑向限制和成形電弧。氣體的跨音速放射是由于特殊設(shè)計(jì)的環(huán)形氣體噴咀以及氣源向噴咀提供的相適宜的氣壓，這樣，噴咀口處的氣流就形成了一個(gè)臨界狀態(tài)的特征區(qū)域，即，在圍繞焊條和朝著電弧產(chǎn)生區(qū)噴射時(shí)，在氣體以跨音速噴射之前，氣體先要經(jīng)過從高亞音速到相對(duì)來說是低超音速的過程。
在本發(fā)明一個(gè)通用的最佳實(shí)施例中，提供了用于另外產(chǎn)生另一個(gè)放射氣流環(huán)的裝置，該環(huán)狀氣流同心地圍繞著該跨音速氣流并且二者沿相同的軸向流動(dòng)，但氣流流速較跨音速氣流小，這樣，限制電弧的氣流壓力便能在靠近焊條及其觸發(fā)電弧的周圍得到控制，并因此使大氣壓力對(duì)跨音速環(huán)狀氣流的作用可以被所說的另一個(gè)氣流環(huán)減弱。
本發(fā)明將對(duì)幾個(gè)實(shí)施例，聯(lián)系附圖進(jìn)行直觀，詳細(xì)的描述，在這些附圖中圖1是一種通用電焊噴咀的縱向剖面圖。
圖2是圖1結(jié)構(gòu)中三個(gè)內(nèi)部組件的縱剖面部件分解圖。
圖3是一個(gè)與圖1相類似的圖，用于說明一個(gè)基本上用于單一目的不同的實(shí)施例。
圖4是一個(gè)與圖2相類似的圖，表示圖3結(jié)構(gòu)里相應(yīng)的三個(gè)內(nèi)部組件。
圖5是一個(gè)表示了另一種可替換結(jié)構(gòu)的局部縱向剖面圖。
圖6是一個(gè)與圖1相類似的圖，表示一種改進(jìn)型。
圖7和圖7A分別是圖6的一個(gè)部件的部分縱向剖面視圖和一個(gè)截面圖，該截面圖是從圖7中的7A-7A線截取的。
圖8是圖6中另一部件的部分縱向剖面視圖。
圖9是圖6中另一部件的橫截面圖，該圖沿圖6上9-9線截取的。
圖1所示的電焊噴咀結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)電極部件10一個(gè)兩部分的主體部件11a-11b以及一個(gè)護(hù)罩部件12，與一個(gè)從噴咀的進(jìn)氣端延伸到其出氣端的中心軸相互維持同軸的關(guān)系。所說的兩部分的主體組件是管式結(jié)構(gòu)，且為與主焊槍出口14相聯(lián)，該組件的進(jìn)氣端具有內(nèi)螺紋13。該主體組件還要制造成以可拆卸的方式與電極部件10的上游端相聯(lián)。這樣，該電極部件10余下的下游端部分至少在它與主體組件的沿圓周方向有連續(xù)徑向間隔的重疊區(qū)的一個(gè)下游段A上獲得了一個(gè)懸臂支撐。
如所示結(jié)構(gòu)，該主體組件的二個(gè)部分11a-11b是有彼此互補(bǔ)的截面園錐狀的相鄰端15a-15b，焊條部件10和主體的一部分11a具有有彼此相配合的截面園錐狀結(jié)構(gòu)16-16a，且電極部件10的上游端17處帶有螺紋以便與主體的一部分11b的下游端處的螺紋可拆卸地聯(lián)接。這樣，由于位置17-18上的螺紋接合，保證了被疊合的主體組件與電極部件表面之間精密的同心度公差。在這方面，應(yīng)注意的是與和園錐表面15a-15b方向相反的較為陡斜的收斂角22相比較，園錐表面16-16的收斂角21是平緩的，這就使位置16-16a能產(chǎn)生相對(duì)更大的扭轉(zhuǎn)摩擦力，為此，只要相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)該主體組件11a-11b就可方便地將螺紋17和18的聯(lián)接拆開，即，不必對(duì)焊條部件使用任何工具就可完成裝卸工作。
護(hù)罩部件12是細(xì)長的管式結(jié)構(gòu)且又對(duì)電極部件和主體組件構(gòu)成了一個(gè)電絕緣的環(huán)形保護(hù)罩。護(hù)罩部件12可以是單獨(dú)一件適當(dāng)?shù)哪核芰辖Y(jié)構(gòu)，可是表示在圖中的都是一個(gè)帶有絕緣材料襯管19的金屬筒，該絕緣襯管材料可以是一種玻璃纖維強(qiáng)化的塑料之類。護(hù)罩部件12的下游端呈園錐狀收斂，且與主體組件的下游端和電極部件的下游端構(gòu)成同軸而又相互間隔的關(guān)系。護(hù)罩部件12與主體組件的聯(lián)接是通過上下兩個(gè)臺(tái)階20-21實(shí)現(xiàn)的。這兩個(gè)臺(tái)階是沿園周方向上開的槽溝，用來裝進(jìn)一個(gè)0形合成橡膠密封環(huán)20-21，在臺(tái)階20-21之間，主體部件的直徑減少以至與襯管19一起形成一個(gè)環(huán)狀集流腔23，使氣流經(jīng)過許多徑向氣孔22輸入到位于A區(qū)域上游處的增壓空間24，A區(qū)域是該主體部件下游端與電極部件10彼此有一定間距的同軸的交疊部分0以示意方式表明了一個(gè)適當(dāng)?shù)脑鰤簹怏w源25與主焊搶相聯(lián)接并經(jīng)過出口14送入該主體部件上游的孔腔26中，然后經(jīng)過多個(gè)徑向氣孔27送入集流腔體23中。
主焊搶的出口14應(yīng)該具有導(dǎo)電性并且與電弧流的功率電源28聯(lián)接。該主體組件的兩個(gè)部分也可是導(dǎo)電體，最好用黃銅材料制做。部件11b是用于把電弧電源加到電極部件10上去的裝置。
如果要觸發(fā)到一個(gè)導(dǎo)體工件(未表示)上的電弧是用一種非熔化性焊條產(chǎn)生的，則電極部件10內(nèi)部就可制成可拆卸地夾持一個(gè)合適的焊條桿的結(jié)構(gòu)，使焊條桿從電極部件的下游端伸出一個(gè)相當(dāng)長的一段距離，如圖1所示的伸出的焊條桿30。另外，該電極部件10也可以選用適當(dāng)?shù)哪透邷睾辖鸩⒅瞥烧w結(jié)構(gòu)。并整體形成一個(gè)利子觸發(fā)電弧的向前突出的尖端。然而，在所表示的結(jié)構(gòu)中，該電極部件宜于選用銅材料制做，且為了向前以懸臂的方式支持一個(gè)熔化性焊條或焊管，一般將電極部件制造成具有一個(gè)貫穿始終的中心孔。焊條性質(zhì)已在所說的與此有關(guān)的在先專利申請被公開，在那些申請里，編號(hào)30可理解為焊條棒或焊管的可見的外露端，而在本例中，焊條30可以從主焊槍里獲得連續(xù)的饋給。如圖1所示，30表示焊條在一個(gè)Bowder線圈的柔性纏護(hù)套32里被連續(xù)輸導(dǎo)的情景。所說的纏護(hù)套通過主體組件集氣腔26的軸向中凹的內(nèi)壁33對(duì)焊條產(chǎn)生出對(duì)中的導(dǎo)向支撐。
本發(fā)明的特征之一，就是在噴咀的A區(qū)域上，電極部件和主體組件沿軸向疊合的同軸表面共同構(gòu)成了一個(gè)環(huán)形超音速噴咀，該噴咀的特征在于，從增壓腔24向出氣端延伸出來的一個(gè)收縮區(qū)域35的被收縮的下游端處，有一個(gè)沿圓周方向延伸的環(huán)形狹口部。該收縮區(qū)的設(shè)計(jì)是基于考慮到由氣源25獲得的氣流速率和氣壓后使得在狹口部能產(chǎn)生一個(gè)臨界氣流，該氣體一般具備的超音速是1-3馬赫，如圖所示，在氣流擴(kuò)散區(qū)36仍保持了一個(gè)沿圓周方向連續(xù)的條件，在這個(gè)區(qū)中，氣流速率提高，從而氣體可以以跨音速到超音速噴射到軸向區(qū)域B的較大環(huán)形空間37中，在該區(qū)域，護(hù)罩部件12的下游端僅與電極部件10的收縮端疊合。在管狀空間37里，這種超音速噴咀的噴射，部分取決于在軸向區(qū)域C的一個(gè)環(huán)形收縮通道區(qū)38里吸引出一個(gè)很強(qiáng)的氣流。所說的環(huán)形收縮通道38是由該主體組件下游端的凸錐部與護(hù)罩部件12的下游端的凹錐部內(nèi)壁之間形成的。進(jìn)入該通道區(qū)的氣流是來自氣流25且經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整或者也可來自其它氣源。然而如圖所示，多個(gè)弧形氣孔39能吸引噴咀以外的空氣成為區(qū)域38中的氣流。
圖1和圖2所表明的結(jié)構(gòu)的基本作用和效果就是在噴咀出口處，產(chǎn)生兩個(gè)同心的環(huán)狀氣流。一個(gè)內(nèi)環(huán)狀氣流空間，其特征在于，流速最大，因此壓力最低，這個(gè)空間由焊條的伸出端和一個(gè)大體呈園柱狀的邊界40所形成。所說的邊界40和外環(huán)狀氣流空間相鄰，(這個(gè)空間處于一個(gè)假定在41處的邊界之內(nèi))，該外環(huán)狀氣流空間里吸引出一個(gè)具有相當(dāng)大速度的第二氣流。該第二氣流的流速比內(nèi)環(huán)空間40中的氣流流速要小。由于由吸引氣流形成的第二環(huán)狀空間的流速較小，其特征必定是壓力在接近環(huán)境的氣壓(邊界41處的氣壓)和環(huán)狀空間40里相當(dāng)?shù)偷臍鈮褐g。因此，凡是沿在焊條30的伸出段以外空間截取的橫截面上，都存在著一個(gè)在園周方向上基本是均勻分布的徑向壓縮壓力的梯度。該梯度沿圓周方向是如此均勻和如此之強(qiáng)以至于決定了電弧本身的截面寬度和聚集。在采用來自氣流25的壓縮空氣的情況下，僅通過改變進(jìn)給的氣壓，改變焊條30的供電率(電流強(qiáng)度)及電弧電壓，就能使圖1所示的結(jié)構(gòu)適用于對(duì)一個(gè)給定的工件進(jìn)行氣割和氣刨。
圖3和圖4中的噴咀結(jié)構(gòu)，更適于用來切割一個(gè)板式金屬工件的單一目的。例如勾劃出本身板面的局部損壞部位，再加以切割和更換。圖3和圖4還說明了把電極部件110可拆卸地安裝到該主體組件上的另一種可供選擇的技術(shù)，該主體組件還是由兩部分111a-111b組成。為了簡化說明，對(duì)圖3和圖4中的電焊咀各個(gè)部件，凡是與圖1和圖2中相同的，都用100系列中的相同參考編號(hào)識(shí)別。
根據(jù)圖3和圖4中的對(duì)電極部件10的另一種安裝方式，電極部件上游端的特征在于在其錐形配合頭116的底端，有一個(gè)沿徑向的臺(tái)階101，該錐形配合頭116依靠主體組件111b上互補(bǔ)的凹錐配合固定面116b獲得一個(gè)同軸定位的基準(zhǔn)。為保持這個(gè)固定關(guān)系，主體組件111a部件上的孔的特征是，具有一個(gè)徑向內(nèi)縮的臺(tái)階102，依靠主體組件111a-111b的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)上好它們在103-104上的螺紋接合，臺(tái)階102沿軸向帶動(dòng)配合頭116進(jìn)入到固定位置。
部件111a上平面105及部件111a法蘭端106上的平臺(tái)將有助于把配合頭116擰緊或放松。
為了用圖3和圖4所示噴咀電極來進(jìn)行基本切割目的，最好是超音速噴咀區(qū)具有的特性使得在狹口部的臨界氣流區(qū)之外和在擴(kuò)展區(qū)136里，該超音速氣流的平均半徑在下游方向上是收縮的。從氣流源向環(huán)形超音速噴咀的增壓腔提供增壓的氣流的角度來看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，沿一個(gè)緊繞熔化性焊條的環(huán)形空間里，氣流收縮能夠?qū)χ辽偈菂^(qū)域136平均出口直徑5倍的軸向距離上產(chǎn)生出很強(qiáng)且良好聚焦的超音速氣流的噴射，而無需從其它任何環(huán)形氣流獲得另外的收縮作用。正因如此，圖3中的護(hù)罩件112的出氣端僅是用于保護(hù)作用，因?yàn)?，除來自區(qū)域136的超音速氣流外，不能導(dǎo)致任何氣流。利用該噴咀觸發(fā)的，徑向受到壓縮的電弧對(duì)于切割金屬工件提供了一個(gè)非常穩(wěn)定而細(xì)狹線的切割軌跡。
圖5的實(shí)施例具有圖1和圖2中的全部性能特征，但是僅說明采用了一個(gè)部件的主體組件11，從主體組件11的出氣端處被開孔，與電極部件10的錐形配合表面的錐度相配合，還要在該主體組件里相應(yīng)地攻出螺紋，從而與電極部件10的上游端17進(jìn)行螺紋聯(lián)接。
下面將給出圖1(5)和圖3所示的各個(gè)實(shí)施例中超音速噴咀部位的收縮/擴(kuò)展區(qū)域的示例說明的尺寸。在與直徑為0.75in的主焊槍出口孔聯(lián)接的情況下，護(hù)罩部件直徑為0.875in;裝配好的電焊噴咀長度為3in，其中，環(huán)形超音速噴咀的軸向區(qū)域長度為0.50in，即，區(qū)域35和區(qū)域36的兩端間的總長度A。在圖1和圖5的結(jié)構(gòu)中，其狹口部位于A區(qū)域的中點(diǎn)上。區(qū)域35是由主體組件11a部分上的一個(gè)直徑為0.375in的內(nèi)圓柱孔和(電極部件10的)一個(gè)沿長軸方向傾斜15°到最大直徑的凸錐面處所形成的，該區(qū)域在狹口部形成一個(gè)0.012英吋的沿圓周方向連續(xù)的環(huán)形間隙。因而，收縮區(qū)35的中間的傾斜面是一個(gè)坡度為7.5°的擴(kuò)展圓錐。從狹口部向下游，11a部分的孔向外傾斜5°，電極部件10的被疊合的凸錐面坡度為6°，因此，發(fā)散區(qū)域36的中間傾斜面是一個(gè)略有坡度的圓錐面。當(dāng)氣流進(jìn)入從通道38吸引出另一氣流的區(qū)域37處時(shí)，來自區(qū)域36的氣體出口面積與在區(qū)域37進(jìn)口處通道38的面積相比，最好是在1∶1至1∶5的范圍。
圖3所說明的，主要是用于氣割實(shí)施例的情況，其環(huán)形超音速噴咀結(jié)構(gòu)的總長是0.50in而它的狹口部的孔徑為0.281in，該孔也位于所說中點(diǎn)(狹口部所處的位置)的上游側(cè)，從而形成一個(gè)長度為0.18英吋的收縮區(qū)135和一個(gè)長度為0.32in的發(fā)散區(qū)136。收縮區(qū)135的特征在于，實(shí)際上平均坡度為0;而其發(fā)散區(qū)的特征在于，在出氣的方向上平均坡度為2.5°。這樣，就能在沿焊條30和放電電弧的徑向壓縮方向上，獲得對(duì)超音速氣流更強(qiáng)的控制。
上述結(jié)構(gòu)將被證明，可以完成所說的目的。盡管還沒有能用測量儀表能精確測出氣流速度，但可以說，圖1所示的超音速噴咀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從理論上說，是能夠產(chǎn)生出速度為2.63馬赫的氣流，且在由區(qū)35和36所規(guī)定的超音速噴咀的軸向間距A上，壓差只有5Psi。吸引氣流噴咀的構(gòu)造采用類似的、彼此相對(duì)的凸坡和凹坡結(jié)構(gòu)，以便形成一個(gè)吸引氣流的通道區(qū)域段，該區(qū)段從外界空氣入口處的最大區(qū)域開始，沿著單獨(dú)一個(gè)外側(cè)限定表面，收縮到用編號(hào)37表示的內(nèi)腔。這樣，使得被吸引的氣流同從超音速噴咀噴出的、速度更高的氣流以同軸關(guān)系進(jìn)入?yún)^(qū)域37。被吸引的、會(huì)聚的亞音速同軸氣流與電極部件10的錐形收縮頭(降低到焊條30的直徑)共同作用以限制自超音速噴咀噴出的較高速氣流的速度衰減，同時(shí)，也使該高速氣流平穩(wěn)地流向焊條30。這種被吸引的空氣流對(duì)高速氣流構(gòu)成了一個(gè)保護(hù)性的或犧牲性的同軸防護(hù)層，它降低或緩和了外部空氣對(duì)主氣流的壓縮作用，它還在焊槍以外抑制和軸向補(bǔ)償紊流造成的氣流惡化效應(yīng);它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，無需附加高壓空氣就可以增加總的氣流，事實(shí)上，其結(jié)果是高壓氣流所需的體積更少。最新的實(shí)驗(yàn)表明，利用圖1(5)的結(jié)構(gòu)，只要改變氣源25的進(jìn)給氣壓，就能容易地改變對(duì)電弧的徑向壓縮(thrust Compression)。其結(jié)果是，電弧既平靜又平穩(wěn);熔融的工作金屬被均勻的排除，煙塵也被減少(因?yàn)榇蟛糠直磺懈钕聛淼娜刍饘俣紱]霧化);而且只能產(chǎn)生很少量的或根本不產(chǎn)生粘附的浮渣;對(duì)進(jìn)給氣體體積的減少伴隨氣刨和氣割操作的優(yōu)越控制;在氣源提供的10∶1的氣壓范圍(10psi至100psi)內(nèi)它還可以控制工作電弧的頸縮度及寬度。
在圖6至圖9所示的改進(jìn)型里，詳述了某些改進(jìn)的特征，這些特征使相同的噴咀優(yōu)于圖1和圖2的結(jié)構(gòu)，它們將被另外應(yīng)用到圖3至圖5的結(jié)構(gòu)中。為了簡化描述，凡是可以應(yīng)用的地方，只要圖6至圖9里的部件與圖1和圖2中的部件相對(duì)應(yīng)，就可以使用相同的參考編號(hào)及注釋。
圖6與圖1最明顯的區(qū)別是使用了一個(gè)單體全金屬的護(hù)件部件12′，最好是采用鋁材料制造，帶有一個(gè)所謂硬陽極氧化表面層或涂層。該涂層是如此之薄，只有約0.002in厚，以致不能在圖上被表示出來，但護(hù)罩部件12′的內(nèi)外表面有這樣一個(gè)涂層就更變得堅(jiān)實(shí)，抗斷裂和抗擦傷，而最重要一點(diǎn)是，不需要使用圖1結(jié)構(gòu)上的電絕緣襯管19，因?yàn)檫@種硬陽極氧化具有優(yōu)越的介電性能，大約是每密爾(mil)陽極氧化層厚度1000伏特(1000Volts/mil)的數(shù)量級(jí)。
正如在圖6和圖8中所見到的，主體組件11a′下游的凸圓錐輪廓面50被切去一部分，在圓周方向上形成一個(gè)沿圓周方向連續(xù)的臺(tái)階51，臺(tái)階51與護(hù)罩部件12′的出氣端支撐區(qū)52相鄰。這種支撐是通過把“O”形圈緊密嵌入?yún)^(qū)51上的溝槽53來獲得的。區(qū)51與護(hù)罩部件的弧形氣孔39′是軸向配準(zhǔn)的，從而，為經(jīng)過氣孔39′的被吸引氣流建立起一個(gè)圓周方向上連續(xù)的環(huán)狀增壓腔，然后再把該氣流軸向?qū)б铀俚絽^(qū)38中，38位于護(hù)罩部件的收縮端54和主體組件11a′與之疊合的外輪廓50之間。主體組件11a′最好也采用鋁材料，且?guī)в杏碴枠O氧化涂層，與上述的護(hù)罩部件12′的陽極氧化層相同。
圖6結(jié)構(gòu)中的其它不同之處，可從螺紋17′被擴(kuò)伸的軸向長度部分的結(jié)構(gòu)看出，螺紋17′處于電極組件10′的上游端。所說的電極部件采用銅材料為宜，這當(dāng)然是為了對(duì)連續(xù)進(jìn)給的熔化性焊條30建立起一個(gè)良好的連續(xù)供電聯(lián)接。為確保這種連接的精確度，另一個(gè)主體組件部分11b′是高度導(dǎo)電的，適于用黃銅，它與電極部件10′的軸向螺紋連接范圍應(yīng)足夠大，以確保足夠的電力輸送給部件10′。
在圖6里，電極部件10′與主體組件11a′的配合聯(lián)接方式(16a′-16a)同圖1所述的16/16a一樣，但陡斜的圓錐配合面部位15a′-15b′與圖1里的配合部位15a-15b是相反方向的。這種相反方向的原因是該主體組件的內(nèi)錐表面16a′經(jīng)過了硬陽極氧化處理，因而與同它配合的電極部件相對(duì)軟一些的銅表面16′相比是個(gè)硬表面。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在中間電極的配合部位上，把這種較硬的表面與較軟的表面配合使用，可建立起一種摩擦，以防止由于偶然的機(jī)械振動(dòng)而造成的連接失敗。事實(shí)上，由于只用手把電極部件10′擰入主體組件11d′的螺紋配合部位和另一個(gè)部件11a′的錐面配合部位上，這些部件的鎖緊力太大，所以要使用主體組件11b′上的平面55實(shí)現(xiàn)擰緊配合(見圖6和圖9)，如果想要除去這種緊固的聯(lián)接關(guān)系，16-16a′位置處的聯(lián)接相當(dāng)緊，使得加在主體組件11a′/11b′上的松脫扭矩，實(shí)際上成為作用在電極部件10′上相對(duì)于主體組件11b′的松脫扭矩。
圖6不同于圖1的另一個(gè)特征是在主體組件11b′上增加了一個(gè)中間園柱形孔56，和軸向中間螺紋18′以及一個(gè)較大的形成氣流增壓腔的孔26′?？?6為波登(bowden)纜套32′的下游端建立了一個(gè)軸向?qū)б?，因此，不管是否有由于操作連接著電焊噴咀結(jié)構(gòu)的主焊槍而造成護(hù)套32′的位移，護(hù)套32′的上游端仍保持著同軸固定狀態(tài)，波登纜套32′最好有低摩擦的柔性塑料包層，例如選用一種熱裝塑料包層，從而，可在孔56內(nèi)建立一種基本密封且光滑的連接，以此避免了壓縮空氣經(jīng)過熔化性焊條30和導(dǎo)引焊條的電極部件孔31之間的空隙產(chǎn)生泄漏(見圖2)，一般認(rèn)為，任何這樣的氣體泄漏都能降低施加到熔化性焊條30上的電源的連續(xù)性或精確性。除此以外，纜套32′的下游端最好是圓形的或帶有一個(gè)倒角坡口(未表示)以便于最初自導(dǎo)進(jìn)入孔56。
圖6的結(jié)構(gòu)，特別是它的護(hù)罩部件12′和主體組件11a′上使用一種硬化電絕緣涂層，發(fā)現(xiàn)能夠帶來一種非常意外的結(jié)果，這種結(jié)果當(dāng)空氣壓縮電弧在非常靠近工件材料的情況下進(jìn)行割槽時(shí)最為顯著，在這種場合下，某些在氣刨過程中以金屬熔滴的形式沉積的粒狀金屬可以返回到圖1所示的弧形吸引空氣孔39的附近，在圖1中，粒狀的焊渣沉積物能積存在形成收縮式吸引空氣通道38的一個(gè)或另一個(gè)收縮表面上。這種焊渣積存不僅破壞吸引空氣予定的氣流，而且還會(huì)從電極組件10到護(hù)罩部件12產(chǎn)生一個(gè)潛在的短路通道，只要后者與工件其它電氣接地點(diǎn)發(fā)生接觸。這種短路會(huì)完全破壞噴咀結(jié)構(gòu)的放電。另一方面，用圖6的結(jié)構(gòu)，任何工件或其它電氣接地點(diǎn)與護(hù)罩部件12′的接觸，必然不是電接觸，這是由于高絕緣強(qiáng)度的硬陽極氧化涂層所起的保護(hù)作用。另外，在內(nèi)通道里的焊渣積存實(shí)際上是不存在的，這也許是因?yàn)榻M件11a′和12′上的陽極氧化表面具有極大提高了的熔化溫度(該溫度超過任何粒子材料的溫度)，而且，這些表面對(duì)被引入的粒子材料并不呈現(xiàn)吸熱器特性，為此，幾乎或根本不使任何粒子材料粘附在這樣的表面上。此外，內(nèi)部環(huán)形空間里快得多的超音速噴射氣流與被吸引的氣流在圓形噴射區(qū)里以同軸環(huán)抱的方式，進(jìn)入到區(qū)域B里使得被吸入的粒子材料不會(huì)到達(dá)圖6的電極部件10′處。
涂在護(hù)罩部件12′和主體組件11a′上的陽極氧化膜固有的絕緣強(qiáng)度提供了能使噴咀避免由于在這些部件之間的飛弧而損壞的絕緣性質(zhì)。噴咀內(nèi)粒子積存的實(shí)際消除保證了噴咀維持完善的氣動(dòng)特性，由此帶來了均勻的工作性能和更長的工作壽命。
盡管圖6所示的情況中，優(yōu)先方案是有一個(gè)硬陽極氧化涂層，但應(yīng)注意的是，通過其它技術(shù)，例如陶瓷涂層，還有環(huán)氧樹脂膠和其它樹膠基涂層，也能獲得幾乎同樣理想的介電性能，采用陽極氧化層這個(gè)優(yōu)先方案是由于其固有的低成本及加工精度高，還可以緩和氣流的氣動(dòng)特性，從而改善對(duì)超音速噴咀來說是基本的要素。
除此，就圖6來說，事實(shí)是，雖然指出鋁適用于制造護(hù)罩部件12′和主體組件部件11a′，但這并不意味著對(duì)所有護(hù)罩的焊槍結(jié)構(gòu)都必定是最佳的。例如在圖6的實(shí)施例中，用鋁就能很好地完成其目的，因?yàn)闅怏w壓縮電弧的結(jié)構(gòu)，具有致冷機(jī)的屬性，它產(chǎn)生的冷卻作用能使一個(gè)象鋁這樣低熔點(diǎn)的金屬，不受到有害影響。另一方面，一種普通的，帶有一個(gè)氣體屏蔽罩的焊條固定式焊槍，必須使用一種耐熱殼體材料，能夠忍受使鋁熔化的溫度。通常，這類殼體是陶瓷材料的，該材料無疑是易破碎的。但給鈦殼體加一層硬陽極氧化層，不僅可以獲得理想的介電強(qiáng)度，且還能獲得一個(gè)大大提高的、抗機(jī)械沖擊特性的堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)，以及具有上述的抗飛濺或抗熔渣沉積性。
權(quán)利要求
1.一種電極屏蔽式噴咀，該噴咀用于在電弧對(duì)一個(gè)導(dǎo)體工件放電時(shí)用氣流聚束。所說的噴咀包括一個(gè)電極部件，一個(gè)主體組件和一個(gè)護(hù)罩部件。這三部分互相支撐且同心于一個(gè)從噴咀的進(jìn)氣端一直延伸至其出氣端的中心軸；所說的主體組件至少部分是管式結(jié)構(gòu)，并且從其出氣端向上具有一個(gè)用于可拆卸地支撐所說電極部件上游端的結(jié)構(gòu)，這樣，所說的電極部件出氣端的剩余部分，在一個(gè)軸向延伸、與所說主體組件沿圓周方向有連續(xù)徑向間隔的交疊段所組成的環(huán)形區(qū)域上，從所說的主體組件上獲得了一個(gè)懸臂支撐，所說的環(huán)形空間區(qū)域的特征在于，具有一個(gè)環(huán)形增壓空間段，該空間段是從一個(gè)連續(xù)收縮至環(huán)狀狹口部的環(huán)形區(qū)域開始向上游方向延伸并與其相通。所說的護(hù)罩部件是細(xì)長的管狀結(jié)構(gòu)，且對(duì)所說的電極部件和主體組件形成一個(gè)環(huán)狀的電絕緣封閉。
2.如權(quán)利要求
1所述的一個(gè)噴咀，其特征是所說的護(hù)罩部件用介電材料涂復(fù)，從而形成所說的電絕緣封閉。
3.如權(quán)利要求
2所述的噴咀，其特征是所說的護(hù)罩部件是鋁制的，且所說的介電材料是所說的護(hù)罩部件的一個(gè)硬陽極氧化層。
4.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的護(hù)罩部件內(nèi)側(cè)襯有一個(gè)電絕緣層，通過該絕緣層，所說的護(hù)罩部件和所說的主體組件獲得相互支撐。
5.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的狹口部僅僅是所說的環(huán)形區(qū)域的軸向長度上的一個(gè)小部分。
6.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的主體組件是單獨(dú)一件導(dǎo)體材料，且所說的電極部件與所說的主體組件配合聯(lián)接。
7.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的電極部件，在其出氣端部有一個(gè)普通的圓錐尖部。
8.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的電極部件，沿其中心軸具有一個(gè)中心孔，從而為同軸裝填粉狀材料提供通道。
9.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的電極部件，具有一個(gè)沿其中心軸的中心孔，從而，使從其中通過的熔化性焊條獲得同軸的導(dǎo)向支撐及電接觸。
10.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的氣流供給通道的結(jié)構(gòu)，包括另一個(gè)環(huán)形的進(jìn)氣增壓限定區(qū)域，它介于所說的主體組件和所說的護(hù)罩部件之間，并由它們及沿軸向間隔開的進(jìn)氣端和出氣端處的彈性合成橡膠密封圈所限定。出氣端處的密封圈軸向位于從所說的主體組件與電極部件配合支撐的部位開始，向下游方向上偏移某個(gè)軸向長度的位置上，且在所說的主體組件上和所說的偏移距離以內(nèi)有多個(gè)徑向分置的氣孔，用于使氣體從所說的另一個(gè)環(huán)形進(jìn)氣增壓區(qū)域，通入到所說的最先提到的增壓段。
11.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的環(huán)形區(qū)域，是從所說的狹口部向出氣端連續(xù)發(fā)散的。
12.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的主體組件，包括軸向可分開的上游部件和下游部件，這些部件分別具有錐面的軸向接合端，以及用于可脫開地保持所說主體組件的部件處于接合關(guān)系的裝置。所說的裝置包括，在所說的電極部件和所說的上游部件之間有一個(gè)螺紋聯(lián)接，以及在所說的電極部件和所說的下游部件的結(jié)構(gòu)形狀之間，有一個(gè)軸向的接合關(guān)系。
13.如權(quán)利要求
11所述的噴咀，其特征是所說的主體組件中的下游部件，是鋁制的且涂上了介電材料層。
14.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的主體組件包括，軸向可分開的上游部件和下游部件，分別具有錐面的軸向接合端，以及用于可脫開地保持所說主體組件的部件處于接合關(guān)系的裝置，所說的裝置包括，在所說的電極部件和所說的上游部件之間有一個(gè)螺紋聯(lián)接;以及在所說的電極部件和所說的下游部件結(jié)構(gòu)形狀之間，有一個(gè)軸向的聯(lián)接關(guān)系，上面最后提到的結(jié)構(gòu)形狀是互補(bǔ)的錐面配合。
15.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的主體組件包括軸向可分開的一個(gè)上游部件和下游部件，具有可拆卸的軸向螺紋聯(lián)接，所如的主體組件和所說的電極部件是有協(xié)同作用的結(jié)構(gòu)形狀，從而，當(dāng)所說的主體組件的部件以螺紋連接時(shí)，能夾住所說的電極部件并提供一個(gè)懸臂支撐。
16.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的主體組件包括軸向可分開的上游部件和下游部件，具有軸向可拆卸的螺紋聯(lián)接，所說的主體組件的部件和所說的電極部件，具有協(xié)同作用的結(jié)構(gòu)形狀，從而，當(dāng)所說的主體組件的部件以螺紋聯(lián)接時(shí)，夾住所說的電極部件并提供了一個(gè)懸臂支撐。所說的協(xié)同作用的結(jié)構(gòu)形狀，包括在所說的電極部件的上游端以及在至少一個(gè)所說的主體組件部件上，具有互補(bǔ)的園錐配合表面。
17.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的氣流供給通道的結(jié)構(gòu)，包括另一個(gè)環(huán)形進(jìn)氣增壓限制區(qū)，它介于所說的主體組件和所說的護(hù)罩部件之間，并由它們和在軸向間隔開的上游的和下游的彈性合成橡膠環(huán)形密封圈所限定，上游的密封圈在軸向位于從所說的主體組件與電極部件配合支撐部位開始向下游方向上偏移某個(gè)軸向長度的位置上，在所說的主體組件上以及在所說偏移距離之內(nèi)，有多個(gè)徑向分置的氣孔，用于使氣體從所說的另一個(gè)進(jìn)氣增壓區(qū)，通入所說的最先提到的增壓區(qū)。所說的主體組件的進(jìn)氣端，被制造成能可拆卸地與主焊槍的送氣槍頸連接，且在那里所說的主體組件有多個(gè)徑向分置的孔眼，它們位于電極部件的支撐部位之上游，以及上游彈性合成橡膠環(huán)形密封圈之下游。
18.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的主體組件的出氣端位于從所說的電極部件和所說的護(hù)罩部件的出氣端向上游方向的某一個(gè)軸向長度上，這樣，環(huán)形區(qū)域噴放的氣體就能進(jìn)入一個(gè)軸向延伸的環(huán)形腔體里，這個(gè)環(huán)形腔是由所說的電極部件和所說的護(hù)罩部件之間的徑向間隙所限定的。
19.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所述的主體組件的出氣端，位于距所說的電極部件和所說的護(hù)罩部件的出氣端上游部的一段距離處。這樣，環(huán)形區(qū)域噴放的氣流，便進(jìn)入到軸向延長的環(huán)形區(qū)間，該空間由所說的電極部件和所說的護(hù)罩部件之間的徑向間隔所限定。在所說的主體組件的出氣端，介于所說的護(hù)罩部件和所說的主體組件之間，至少具有一定徑向和軸向范圍的環(huán)形間隙。且在所說的護(hù)罩部件上，位于所說的環(huán)形間隙的上游端處，有一個(gè)或多個(gè)氣孔結(jié)構(gòu)，用于吸引一個(gè)入口氣流，通過所說的環(huán)形間隙導(dǎo)向出氣通道。
20.如權(quán)利要求
19所述的噴咀，其特征是所說的環(huán)形間隙的特征在于，在向下游的方向上，有一個(gè)收縮區(qū)段。
21.如權(quán)利要求
20所述的噴咀，其特征是所述的環(huán)形間隙的出氣口的截面積與所說的環(huán)形區(qū)域的出氣口的面積，至少是相同的數(shù)量級(jí)。
22.如權(quán)利要求
21所述的噴咀，其特征是最先提到的面積與第二提到的面積的面積比，大致在1∶1到5∶1。
23.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的增壓區(qū)段和所說的狹口上部之間的截面關(guān)系大約在2∶1至10∶1的范圍。
24.如權(quán)利要求
1所述的噴咀，其特征是所說的狹口區(qū)段和所說的環(huán)形區(qū)域的出氣端之間的截面關(guān)系在1∶1.05至1∶5的范圍。
25.一種在從焊條放電端到導(dǎo)體工件的軸線上聚集放電電弧形狀的方法，此方法包括，產(chǎn)生一個(gè)沿圓周方向上均勻限形及分布的、且在與焊條同心的徑向相鄰鄰域里，沿軸向向出氣方向?qū)虻臍饬魇?，所說的氣流束在焊條放電端的上游的一個(gè)位置上，以在非常高超音速范圍里的速度噴放。所說的氣流束是非常強(qiáng)，以致于在焊條放電端以外，可對(duì)電弧產(chǎn)生一個(gè)沿圓周方向的連續(xù)的環(huán)形的限制形狀作用。
26.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中所說的氣流是兩個(gè)氣流中的第一個(gè)氣流。且另一個(gè)方面產(chǎn)生第二個(gè)沿圓周方向上均勻限形及分布的，且在與所說的第一個(gè)氣流呈同心的徑向相鄰領(lǐng)域里，沿軸向向出氣方向?qū)虻臍饬魇?。這種對(duì)電弧的限形是在與第一個(gè)噴放氣流軸向重疊的區(qū)域里，所說的第二氣流在第一氣流出氣口下游的一個(gè)第二位置處以小于所說第一氣流的速度噴放。該第二位置對(duì)焊條的放電端而言，是在上游。
27.如權(quán)利要求
25所述的噴咀，其特征是，在所說的電弧限形過程中，建立了一個(gè)臨界氣流區(qū)域。
28.如權(quán)利要求
25所述的方法，其特征是，所說的氣流是一個(gè)第一氣流，且其中所說的第一氣流通過吸入作用，用來產(chǎn)生一個(gè)第二氣流，該第二氣流在圓周方向上均勻限形及分布，在與所說的第一氣流是同心的徑向相鄰鄰域里，沿軸向向出氣方向?qū)虻模诙€(gè)氣流的限制作用是在與所說的第一噴放氣流軸向重疊的區(qū)域里，所說的第二氣流在第一氣流出氣口下游的一個(gè)第二位置處于以小于第一氣流的速度噴放，所說的第二位置，對(duì)焊條的放電端而言，是在上游，且所說的第一氣流是如此之強(qiáng)，以致借助于所說的第二氣流，能對(duì)焊條放電端以外的電弧產(chǎn)生一個(gè)圓周方向上連續(xù)的環(huán)形限形作用。
29.如權(quán)利要求
28所述的方法，其特征是，該第二氣流是從外圍空氣中被吸引出的。
30.如權(quán)利要求
25所述的方法，其特征是，所說的氣流是在所說的細(xì)長焊條的整個(gè)懸臂突出部分上游的一個(gè)位置上噴放的。
專利摘要
一種電弧放電裝置，包括一個(gè)包圍放電電極的環(huán)狀氣流噴嘴，使放電氣體以跨音速到超音速噴出，使圍繞焊條中心軸的氣流沿圓周方向均勻一致并被向下游導(dǎo)引，徑向向里地限制和成型電弧。氣體噴射的跨音速?zèng)Q定于特殊的環(huán)狀氣體噴嘴的設(shè)計(jì)和對(duì)其提供適當(dāng)?shù)臍庠礆鈮?。使噴嘴?nèi)的氣體形成一個(gè)具有臨界狀態(tài)的特征區(qū)域，在氣體以跨音速噴射前，先使其環(huán)繞焊條流動(dòng)同時(shí)帶上足夠大的強(qiáng)化沖力以致于建立起對(duì)電弧成型的控制以及定向的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H05H1/34GK87102295SQ87102295
公開日1987年10月28日 申請日期1987年1月30日
發(fā)明者索馬斯·J·格特蘭德, 阿德里安·I·帕帕尼德 申請人:尤泰克蒂克公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan