專利名稱：具有加長噴嘴的等離子弧焊槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子弧焊槍，該焊槍具有一個噴嘴，它的四周與裝在焊炬頭中的一電極的放電端隔開并向外伸出焊炬頭的出口;還有一股圍繞該噴嘴外表面的氣流。
在一種類型的等離子弧焊槍中，如美國專利4，716，269，4，581，516和4，580，032中所公開的，一個電極被裝在一個焊炬頭中，而且該電極包含一個向外伸過并超出焊炬頭出口的放電端。一個噴嘴以至少四周與電極的放電端隔開的關(guān)系被固定。一股第一氣體供給電極并被電離以形成等離子體。此等離子體經(jīng)過一個形成噴嘴噴射出口的軸向孔洞向外射出。一種第二氣流與噴嘴四周接通，不僅對焊槍和工件提供了冷卻還對等離子體提供了一個保護包層。工作過程中，較冷的工件和焊槍可產(chǎn)生高質(zhì)量的焊接、切割和氣割。
可以認為，多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴具有一種縮短的圓柱形或帶一朝噴嘴口收縮錐度的圓錐形。已經(jīng)測定，這種型式的焊槍工作時，不會發(fā)生將需要的熱量從噴嘴傳遞到冷卻氣流。這就會造成焊槍過熱及切割或焊接質(zhì)量低劣。另外，典型的現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴外形使操作者切割時難以沿著直線焊邊引導焊槍噴嘴并使操作者難以進行深而窄的工作區(qū)域內(nèi)的切割。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種等離子焊槍用的噴嘴，它克服了上述先有技術(shù)的缺陷。
本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種型式的等離子弧焊槍，它具有一股與噴嘴外表面四周接通的氣流，其中該噴嘴的外表面被成形為一種使沿其上排放的氣體能保持緊密接觸的表面，從而提供有效的從噴嘴到周圍氣流的熱轉(zhuǎn)移(傳遞)。
本發(fā)明的這些和其他目的是通過使用一種采用這樣型式的等離子弧焊槍的獨特而新穎噴嘴實現(xiàn)的，該噴嘴與沿焊炬頭縱長軸線延伸的一個電極的放電端成四周隔開關(guān)系。該噴嘴內(nèi)的第一氣流用于接通電極并產(chǎn)生等離子體，并且一股第二氣流與噴嘴外表面四周接通用以協(xié)助由噴嘴的熱傳遞。
按照本發(fā)明的噴嘴包括一根細長的大體為圓柱體的部件，它具有一個限定出一條縱長軸線的內(nèi)部空腔。該噴嘴包括封閉的前端部和敞開的后端部。一個軸向孔洞同軸地延伸過噴嘴體部件的前端部并且與其縱長軸線對準用以使等離子體由此孔射出。噴嘴的外表面為縱斷面大體呈沙漏形狀用以提供一種使沿其上排放的氣流能保持緊密接觸的表面，從而提供由噴嘴和焊炬到周圍氣流的有效熱傳遞。成形為沙漏狀的表面包括一個后收縮圓錐面和一個前擴大圓錐面，從而在其長度的中段限定出一個凹入部分。
雖然本發(fā)明的一些目的如優(yōu)點已如上所述，但其他目的和優(yōu)點將在結(jié)合附圖作的進一步說明中體現(xiàn)，附圖中

圖1是一個根據(jù)本發(fā)明的等離子弧焊槍的透視圖;
圖2沿圖1的2-2線截取的等離子弧焊槍前部(焊炬頭)的橫截面視圖;
圖3是圖2中所示等離子弧焊槍的前部的橫截面放大視圖，用箭頭圖示出第一和第二氣流;
圖4是一個根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的等距圖(立視圖)。
現(xiàn)在參照附圖，圖1概略地圖示了一個等離子弧焊槍，該焊槍概括地以標號10標出用于切割，焊接或氣割并且根據(jù)發(fā)明具有一個與其連結(jié)的噴嘴組件。等離子弧焊槍10包括一個在一端有出口13的焊炬頭12，和焊槍手柄14，該手柄以一固定角度支承焊炬頭。因此，焊炬頭12可以以同軸方式從手柄14伸出以形成一個鉛筆狀外形(未示出)。
該等離子弧焊槍10包括適于連接到主電源15的電流源裝置以對焊炬頭供給電流，以及包括適于連接到一個用于供應(yīng)適當氣體，如壓縮空氣給焊炬頭的氣體源裝置16。如圖1概略圖示的，這些裝置可以包括一個由手柄14伸進焊炬頭12的管體17，該管體與來自氣體源的一根氣體導管20以及來自主電源的一根適當電流導管21相聯(lián)接。管體17可以是一根空心銅管或其它導電材料以便使電流通到焊炬頭并且保證氣流經(jīng)此管流到焊炬頭。一個固定在手柄14上的開關(guān)22與電流源裝置和氣流源裝置相連接以供對焊槍的通-斷控制。
該等離子弧焊槍10還包括一個電流傳輸組件30(圖2)。它用于在其內(nèi)至少容放和固定一個電極31的上部。該電極安裝在焊炬頭中并限定出一縱長軸線和一個向外延伸出上述出口13(圖2)的放電端。組件30阻止焊炬頭12中電極的向上移動。該有效地連接電源的電流傳輸組件30用于對電極31傳輸電流。電流傳輸組件30可以包含可用螺紋聯(lián)結(jié)在一起的止動件(未詳細示出)，如美國專利№4，580，032中更充分地說明，而且它是用如黃銅或類似的導電材料制成的。電流傳輸組件30被裝在一個模制體部分32中。管體17包括一電流源和氣源裝置用的部分，這部分被釬焊或用其他手段連接到電流傳輸組件用以傳輸電流并且與電流傳輸組件30中的一條氣體通道33相聯(lián)通用以對該電流傳輸組件提供氣體流動通道。
如圖2中所示，更詳細的說明如美國專利№4，580，032，一個安全球閥組件設(shè)置在通道中用以在替換焊槍中的電極時切斷氣體流動。一個球形的不導電球35裝在電流傳輸組件30下部的通道33中。該球35被鄰近一個通道中成形的閥座36安裝。一個壓縮彈簧37安裝在球和電流傳輸組件30的一個臺肩(未示出)間的球35一側(cè)，以便把球35推向閥座36。通過一個柱塞38使球35升離閥座36，該柱塞可由一個以螺紋連接到電流傳輸組件30的夾套39擋在通道內(nèi)。在焊槍正常工作過程中柱塞38接觸電極。
等離子弧焊槍還包括一個噴嘴組件用于容納和安置在焊炬頭12中向下移動的電極31的下部并且有效地同氣流裝置聯(lián)接用以從焊炬頭向外發(fā)出等離子弧。此噴嘴組件包含一個噴嘴部件40，它分別由一個隔熱屏43和該噴嘴組件40上的配合環(huán)41與臺肩42所支承。隔熱屏43和該噴嘴件40上的配合環(huán)41與臺肩42所支承。隔熱屏43可由螺紋連接到電流傳輸組件30的外側(cè)面并且搭接模制體32，如圖2所示。該噴嘴組件還包括一個由套圈46支承在該噴嘴組件40上的陶瓷旋流環(huán)45，噴嘴件40最好用銅或另外的導電材料制成。
如圖3和圖4中清楚表示，噴嘴部件40是一種細長，大體為圓柱體的部件，該圓柱體具有限定出一條縱長軸線的內(nèi)部空腔47。噴嘴件40以與出口13成隔開的關(guān)系向外延伸并有一個封閉的，階梯前端部(分)50和敞開的后部51。一個軸向孔洞52同軸地延伸通過前端部50并對準縱長軸線從而形成用于使等離子體由此射出的等離子射出口。噴嘴件40包含一個縱斷面大體為沙漏形狀的外表面53用以提供一個表面使沿其上排放的氣體保持緊密接觸，從而提供從噴嘴件40和焊炬到四周氣流的有效的熱傳遞。該沙漏斗狀外表面53具有的長度大于其寬度并且包含一個向后收縮圓錐面54和一個向前擴大圓錐面55以便限定出一個在其長度中段的縮徑部分。向前擴大圓錐面55限定了一個相對于縱軸線約4度到14度，最好約7度的傾斜角。后收縮圓錐面54限定了一個相對于縱軸線約10度到20度，最好約13度的傾斜角。多個氣體排放槽56成形于臺肩42的下表面并且向外延伸。槽縫56通過如模鍛而成。因此形成一個凹入面，還可沿噴嘴件的臺肩周邊形成一個突起部57，它有助于將噴嘴與隔熱屏內(nèi)部隔開。
就此結(jié)構(gòu)來說，一個呈腔室60狀的氣體通道成形于隔熱屏43內(nèi)并圍繞旋流環(huán)45和噴嘴件40以接收來自電流傳輸組件30的流動氣體。該旋流環(huán)45設(shè)置有通孔用以接收經(jīng)此傳到噴嘴內(nèi)部的流動氣體。一個第二氣體通道13成形于噴嘴件40和隔熱屏43之間。
如圖3中所圖示，電極31是一個加工成需要尺寸的以緊密間隙配合裝配在噴嘴內(nèi)的細長部件，因此在電極31和噴嘴件40內(nèi)部之間形成一個環(huán)形通道61。電極31的上部包括一個具有臺肩62的粗大上部和加工成需要尺寸的套環(huán)63從而使該電極可支撐在旋流環(huán)45上。電極的上粗大部被容納在電流傳輸組件30的下部之內(nèi)。柱塞38按圖2中所示，其兩端連接球35和電極31的頂面。電極31的上表面支靠著電流傳輸組件30并且阻止電極在焊炬頭12中的向上移動。典型的電極是用銅制成，而且包含一個一般為圓柱形的發(fā)射插芯64，它沿縱軸線同心安置。該發(fā)射插芯是由具有相對低的逸出功的金屬材料構(gòu)成，從而適于根據(jù)一種施加的電勢能發(fā)射電子。
本發(fā)明的操作方法如下最初由氣流(源)裝置給焊炬頭供給氣體，如壓縮空氣。氣體在電流傳輸組件30內(nèi)流動并圍繞電極的上粗大部且流進腔室60，如圖3所示。一部分氣流經(jīng)過旋流環(huán)45并繞電極31向外通過噴嘴排放口52流出。剩余部分氣流經(jīng)噴嘴臺肩42下表面的槽56并且向外流過出口13還與噴嘴的沙漏形外表面相接觸。然后，給焊炬頭12通電，以使電流由電流傳輸組件30傳輸?shù)诫姌O。一種包含初始維弧的電弧與噴嘴部件40中的氣流相結(jié)合，從而在電極與被切割、焊接或氣割的工件之間形成等離子弧，上述工作以本領(lǐng)域普通專業(yè)人員熟知的方式完成。
由出口13向外流出的剩余的第二部分氣體與噴嘴接觸并且保持與沙漏形狀的外表面53緊密接觸以提供從噴嘴到周圍氣流的有效熱傳遞。這就導致增加了電極31和噴嘴件40的冷卻效率以便避免噴嘴過熱。正常操作期間，任何試圖從焊槍體32上取掉隔熱屏43從而卸掉噴嘴件40和電極31都會使球35座靠在閥座36上而關(guān)斷等離子氣體的流動。通過適宜的裝置(未示出)使氣流的終止可斷開焊炬的主電源。另外，如果隔熱屏沒有在焊槍體32上固定好的話，就不會有氣體和電流流到電流傳輸組件30。
具有大體為沙漏形狀的加長噴嘴提供了許多與本發(fā)明一致的益處。任何沿沙漏狀表面排放出的氣體保持與其緊密接觸以便提供了從噴嘴和焊槍到四周氣流的有效熱傳遞。焊槍工作時，很少由于噴嘴和焊槍過熱而造成低劣的焊接，切割或低劣的氣割質(zhì)量的危險。此外，沙漏形噴嘴的外形提供了一個細長的噴嘴部件，它適于提供在相當深而窄的工作區(qū)域內(nèi)并沿如圖1中公開的狹窄接頭處進行切割。另外，該細長噴嘴在操作時可對著直線邊緣就位以進行直線切割。
在附圖和說明書中已敘述了本發(fā)明的一個最佳實施例，而且雖已采用了專門的術(shù)語，但僅在通用的如描述性意義上使用它們而不是作限制之用，發(fā)明的保護范圍限定在下面的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種適用于等離子焊槍的噴嘴，該型式的等離子焊槍具有一個噴嘴，它與沿焊炬頭軸線縱向延伸的一電極的放電端四周隔開，還具有一股在噴嘴內(nèi)用于接觸電極并產(chǎn)生等離子體的第一氣體流以及一股四周與噴嘴外表面接通用以協(xié)助從噴嘴和焊炬進行熱傳遞的第二氣流，所述噴嘴的特征在于，它包括(a)一個細長的大體圓柱體部件，它有一個限定出縱長軸線的內(nèi)部空腔，并有一個封閉的前端部和敞開的后部，(b)一個軸向孔洞同軸延伸過噴嘴體部件的前端部并且對準所述縱長軸線用以使等離子體由此孔射出；以及(c)一種縱斷面大體呈沙漏形狀的外表面用以提供使沿其上排放的氣流能保持緊密接觸，從而提供由噴嘴和焊炬到周圍氣流的有效熱傳遞。
2.一種如權(quán)利要求1所述的噴嘴其特征是包括一個從其后部向外延伸的臺肩，適用于在焊炬頭中支承該噴嘴。
3.一種如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其中所述沙漏形狀外表面的長度大于其寬度。
4.一種如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征是所述沙漏形狀的外表面包含一個后收縮圓錐面和一個向前擴大的圓錐面，從而在沿其長度中段限定出一個縮徑部分。
5.一種按權(quán)利要求4所述的噴嘴，其特征是，所述向前擴大的圓錐面限定一個相對于縱軸線成約4度到14度的傾斜角，所述后收縮圓錐面限定一個相對于縱軸線約10度到20度的傾斜角。
6.一個按權(quán)利要求1所述的切割噴嘴，其中所述噴嘴體部件是用銅制成。
7.一種等離子弧焊槍，其特征是更快速的熱傳遞用于冷卻焊槍并且提供在相當深而狹窄的工作區(qū)域進行切割，它包括(a)一個焊炬頭在其一端有一個出口，(b)一個電極，它被裝在所述焊炬頭中并限定出一條縱軸線和一個向外經(jīng)過并伸出所述出口的放電端，(c)一個細長噴嘴，其四周與所述電極的所述放電端隔開以便在所述電極和噴嘴之間限定出一個環(huán)形氣體通道，所述噴嘴從所述出口向外伸出并具有縱斷面大體為沙漏形狀的外表面和一個封閉的前端部，該前端部包含一個大體對齊所述縱軸線的軸向孔洞以便限定出一個等離子體射出口，以及(d)用以將一股第一氣流輸送進所述環(huán)形氣體通道以產(chǎn)生等離子體的裝置，和用以將一股第二氣流輸送到所述噴嘴外表面與其四周接通的裝置其中該第二氣流保持與所述噴嘴的沙漏外表面緊密接觸，從而提供由噴嘴到周圍第二氣流的有效熱傳遞以便在工作期間協(xié)助冷卻噴嘴和焊槍。
8.一種按權(quán)利要求7所述的等離子弧焊槍，其特征是，所述焊炬頭包括一個鄰近所述出口的內(nèi)支承突緣，所述噴嘴包含一個靠上邊的后部它有一個臺肩搭接所述支承突緣用以支承所述噴嘴。
9.一種如權(quán)利要求7所述的等離子弧焊槍，其特征是，所述沙漏形外表面的長度大于其寬度。
10.一種如權(quán)利要求7所述的等離子弧焊槍其特征是，所述沙漏形外表面包含一個后收縮圓錐面和一個前擴大圓錐面以在其長度中段限定出一個縮徑部分。
11.一種按權(quán)利要求10所述等離子弧焊槍，其特征是，所述前擴大圓錐面限定一個相對于縱軸線成約4度到14度的傾斜角，所述后收縮面限定一個相對于縱軸線成約10度到20度的傾斜角。
12.一種按權(quán)利要求7所述的等離子弧焊槍，其中，所述噴嘴是用銅制成。
13.一種按權(quán)利要求7所述的等離子弧焊槍，其特征是，所述電極包括一個沿所述縱軸線同軸配置的基本為圓柱形的發(fā)射插芯，該發(fā)射插芯由具有相對低的逸出功的金屬材料構(gòu)成從而適于根據(jù)所施加的電勢能容易發(fā)射電子。
14.一種等離子弧焊槍，其特征是更快的熱傳遞用以冷卻焊槍并且提供在相當深而狹窄的工作區(qū)進行切割，它包括(a)一個焊炬頭，它有一腔室和在與該腔室相聯(lián)的其一端上的出口，(b)一個電極，它被裝在所述焊炬頭和腔室中并限定出一條縱軸線和一個向外經(jīng)過并伸出所述出口的放電端，(c)一個細長的由所述焊炬頭支承并從所述出口向外伸出的噴嘴，其四周與焊炬頭隔開并且與所述電極的放電端四周隔開，從而在所述噴嘴和電極之間形成一環(huán)形第一氣體通道和一個與所述腔室聯(lián)通的第二氣體通道，該第二氣體通道限定在所述切割噴嘴與焊炬頭出口之間，所述噴嘴向外伸出所述出口并具有一個縱斷面大體為沙漏形狀的外表面和一個封閉的前端部，該前端部包含一個大體與所述縱軸線對齊的軸向孔洞以便限定出一個等離子體射出口，(d)與所述腔室聯(lián)通用于輸送氣體的氣體供給裝置，以及(e)一個圓的旋流環(huán)固定在所述噴嘴上方的腔室中并與其接通，所述旋流環(huán)限定所述第一氣體通道的上部，所述旋流環(huán)包括至少一個與所述腔室和第一氣體通道聯(lián)通的通孔，以提供一個氣口用于使氣流從所述腔室流進鄰近所述電極的所述第一氣體通道從而產(chǎn)生等離子體，其中流入所述第二氣體通道的剩余氣體被排放出并保持同所述噴嘴的沙漏形外表面緊密接觸，從而提供由噴嘴到周圍第二氣流的有效熱傳遞以便在工作時協(xié)助冷卻噴嘴和焊槍。
15.一種如權(quán)利要求14所述的焊槍，其特征是所述焊炬頭出口包含一個內(nèi)支承突緣，所述噴嘴包含一個靠上邊的后部，它有一個臺肩搭接所述出口支承突緣用以支承所述噴嘴，所述臺肩包含多個沿該臺肩下表面延伸的槽縫，以提供一個從所述腔室到限定在噴嘴和出口之間的第二氣體通道的氣體通道。
16.一種按權(quán)利要求14所述的等離子弧焊槍，其中，所述沙漏形狀的外表面的長度大于其寬度。
17.一種按權(quán)利要求14所述的等離子弧焊槍，其特征是，所述沙漏形表面包含一個向前擴大圓錐面和一個后收縮圓錐面，從而在沿其長度中段限定出一個縮徑部分。
18.一種按權(quán)利要求17所述的等離子弧焊槍，其特征是，所述前擴大圓錐面限定一個相對于縱軸線成約4度到14度的傾斜角，所述后收縮圓錐面限定一個相對于縱軸線成約10度到20度傾角。
19.一種按權(quán)利要求14所述的等離子弧焊槍，其中，所述噴嘴是銅的。
20.一種按權(quán)利要求14所述的等離子弧焊槍，其特征是，所述電極包含一個沿所述縱軸線同軸配置的基本為圓柱形的發(fā)射插芯，該發(fā)射插芯由具有相對低的逸出功的金屬材料構(gòu)成，從而適于根據(jù)所施加的電勢能容易發(fā)射電子。
全文摘要
一種供等離子弧焊槍使用的噴嘴，具有一股在噴嘴內(nèi)用于接通電極并產(chǎn)生等離子體的第一氣流和一股四周與噴嘴外表面接通的第二氣流。該噴嘴包括一個縱斷面大體為沙漏形狀的外表面，因此第二氣流保持與噴嘴的沙漏形外表面緊密接觸以便提供由噴嘴到周圍第二氣流的有效熱傳遞。
文檔編號B23K10/00GK1054387SQ9010890
公開日1991年9月11日 申請日期1990年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月28日
發(fā)明者多納爾德·W·卡爾霍夫, 杰佛爾·S·伊維雷特, 朱利·康尼爾 申請人:依賽彼焊接產(chǎn)品有限公司