專利名稱：具有金剛石的焊接導(dǎo)電嘴和具有該焊接導(dǎo)電嘴的焊槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
與本發(fā)明一致的裝置、系統(tǒng)和方法涉及一種改進的焊接導(dǎo)電嘴(welding contact tip)以及一種包括該焊接導(dǎo)電嘴的焊槍(welding gun)。2.相關(guān)領(lǐng)域的描沭在大多數(shù)現(xiàn)有焊接應(yīng)用中，在焊接過程中使用焊槍，焊條通過所述焊槍送到工件上。這一點在氣體保護金屬極弧焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)和藥芯焊絲電弧焊(FCAW)中尤為如此。焊槍可以耦合到焊條供應(yīng)源(例如焊絲送進器(wire feeder))、提供焊接電流和電壓的電源以及提供保護氣體的焊接氣體供應(yīng)裝置。在操作期間，焊條被向前推送并且通過焊槍。在焊槍內(nèi)是導(dǎo)電嘴，焊條通過所述導(dǎo)電嘴。在典型的焊槍中，來自于焊接電源的焊接波形(電流和電壓)被引導(dǎo)通過導(dǎo)電嘴到達焊條(electrode)以進行焊接操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員對于在焊槍內(nèi)的導(dǎo)電嘴的使用和實施是非常熟悉的。因為導(dǎo)電嘴用于傳送電信號，所以導(dǎo)電嘴典型地是由導(dǎo)電材料(例如銅)制成的。 然而，由導(dǎo)電材料制作導(dǎo)電嘴的要求使得該導(dǎo)電嘴在焊接期間易受磨損，從而需要不斷地更換。在焊接操作期間，導(dǎo)電嘴暴露于非常高的熱水平、來自于焊條通過導(dǎo)電嘴時的不斷的摩擦磨損以及導(dǎo)電嘴和焊條的表面之間的微電弧。這些情況使導(dǎo)電嘴變劣(degrade)，這樣就需要不斷地更換，特別是在大量使用(high use)的應(yīng)用中。導(dǎo)電嘴的更換造成其間焊接設(shè)備無法使用的停機時間(down time)。已使用各種金屬合金來提供充分的耐磨性而同時提供充分的導(dǎo)電性和熱傳遞特性。然而，因為這些合金仍然會導(dǎo)致需要重復(fù)的和頻繁的更換，所以仍然需要改進。因此，需要這樣的導(dǎo)電嘴，該導(dǎo)電嘴提供改進的耐磨性而同時提供充分的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個示例性實施方案是這樣的焊接導(dǎo)電嘴，所述焊接導(dǎo)電嘴包括主體部分和通過主體部分的孔，其中焊接導(dǎo)電嘴至少包括金剛石和/或金剛石粉。本發(fā)明進一步的實施方案在下面的說明書、附圖和權(quán)利要求書中被限定。


參考附圖，通過具體描述本發(fā)明的示例性實施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會更加明顯，在附圖中圖1圖示說明按照本發(fā)明的示例性實施方案的導(dǎo)電嘴的圖解表征。圖2圖示說明按照本發(fā)明的另一示例性實施方案的導(dǎo)電嘴的圖解表征。圖3圖示說明按照本發(fā)明的示例性實施方案的焊槍的圖解表征。
具體實施例方式現(xiàn)在通過參考附圖，以下將描述本發(fā)明的示例性實施方案。所描述的示例性實施方案意圖幫助理解本發(fā)明，并非意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相同的參考標(biāo)號全部指示相同的要素。圖1描繪了按照本發(fā)明的示例性實施方案的導(dǎo)電嘴100。為了使下面的討論清楚起見，圖1示出了導(dǎo)電嘴100的截面。此外，要注意的是，關(guān)于導(dǎo)電嘴100的總體形狀或幾何結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不以任何方式被限制。圖1中示出的形狀僅是代表性的。在圖1所示的示例性實施方案中，導(dǎo)電嘴100包括螺紋部分101和主體部分103。 螺紋部分101與主體部分103整體地或以其他方式耦合。螺紋部分101在其外表面上可以具有螺紋以允許導(dǎo)電嘴100固定于焊槍，這將在下文更具體地描述。一內(nèi)孔105是通過導(dǎo)電嘴100的長度的。在操作期間，焊條通過孔105?？?05 具有直徑(一般地，在截面中是圓形)，所述直徑被設(shè)計為與所使用的焊條的尺寸(size or sizes) 一致。在圖1所示的示例性實施方案中，孔105具有孔層107，所述孔層被金剛石和 /或金剛石粉覆蓋(coated)。眾所周知，金剛石是一種非常硬的物質(zhì)，具有強抗磨損(例如摩擦磨損)性。相應(yīng)地，金剛石以這樣導(dǎo)電又導(dǎo)熱的方式使其可以被用于焊接導(dǎo)電嘴中，以提供大大增加的耐磨性而不影響導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。按照本發(fā)明的各種示例性實施方案，天然存在的和人造的金剛石二者都可以被使用。在本發(fā)明的示例性實施方案中，孔層107全部地被金剛石和/或金剛石粉覆蓋，從而任何通過孔105的焊條只與金剛石接觸?？讓?07的厚度要基于期望的導(dǎo)電性和熱阻性能被優(yōu)化。在示例性實施方案中，表面107可以完全地被金剛石遮蓋，所述金剛石具有相對小的晶粒尺寸以確保金剛石在操作期間不刮蹭或劃刻焊條。在另一實施方案中，孔層107 被金剛石粉覆蓋。在進一步的示例性實施方案中，孔層107既包括金剛石又包括金剛石粉。 金剛石與金剛石粉的比例應(yīng)當(dāng)基于期望的導(dǎo)電嘴100的性能特性被優(yōu)化。在示例性實施方案中，金剛石和/或金剛石粉通過被孕鑲(impregnate)在合金中而固定于孔層107中，所述合金組成導(dǎo)電嘴100的其余部分。例如，如果導(dǎo)電嘴由銅或銅合金制成，孔層107由金剛石和/或金剛石粉組成，所述金剛石和/或金剛石粉被孕鑲到合金中以固定金剛石和金剛石粉。在本發(fā)明的另一示例性實施方案中，孔層107可以是導(dǎo)電嘴100的可移除/可更換的部件。例如，可被預(yù)期的是，孔層107可以是圓柱形的插入物，當(dāng)其被磨損時，所述插入物可以被移除并且被新的孔層107替換。在示例性實施方案中，可移除的孔層107在其外表面上可以形成螺紋以使該孔層可以旋入導(dǎo)電嘴100。在另一實施方案中，孔層107可以被這樣制成，以致其可以壓緊配合(press fit)或摩擦配合到導(dǎo)電嘴100中。可以使用各種其他的方法來將孔層107固定于導(dǎo)電嘴100，而不背離本發(fā)明的范圍或精神。在本發(fā)明的進一步的示例性實施方案(未具體示出)中，孔層107沒有在導(dǎo)電嘴 100的全部長度上延伸。例如，在本發(fā)明的一個可供選擇的實施方案中，孔層107從導(dǎo)電嘴 100的端部在孔105的長度的長達近似50%上延伸，通過所述端部焊條離開導(dǎo)電嘴100。在另一示例性實施方案中，孔層107在孔105的長度的長達近似25%上延伸。在本發(fā)明的進一步的示例性實施方案中，其他具有與金剛石相似的熱阻性能、耐磨性和導(dǎo)電屬性的材料或礦物可以與金剛石共同使用，或作為金剛石的替代物。例如，可被預(yù)期的是，本發(fā)明的各種實施方案采用鎢和/或碳。事實上，可被預(yù)期的是，本發(fā)明的各種實施方案在孔層107中采用金剛石、鎢和碳中的任何一種或更多種的組合。在采用這些組分中的兩種或更多種的實施方案中，其各自的比例將基于期望的性能特性被優(yōu)化。要注意的是，鎢和碳均可以具有在更高的操作溫度下氧化的趨勢。因此，當(dāng)確定孔層107的組成時，這一點應(yīng)當(dāng)被考慮。例如，為了最小化氧化，可被預(yù)期的是，鎢和/或碳可以用于這樣的導(dǎo)電嘴100，所述導(dǎo)電嘴100在操作期間不被暴露于在保護氣體中的氧氣。例如，埋弧焊。圖2描繪了本發(fā)明的另一示例性實施方案。在該實施方案中，導(dǎo)電嘴100由合金材料109制成，在所述合金材料109中金剛石和/或金剛石粉分布于全部導(dǎo)電嘴100。例如，在示例性實施方案中，金剛石和/或金剛石粉均勻地分布于導(dǎo)電嘴合金109內(nèi)。在另一示例性實施方案中，接近孔105的壁的金剛石和/或金剛石粉的濃度高于在導(dǎo)電嘴100的其余部分中的金剛石和/或金剛石粉的濃度。在這樣的實施方案中，接近孔105的金剛石和/或金剛石粉的濃度越高，提供的耐磨性越高。在這樣的實施方案中，金剛石/金剛石粉在導(dǎo)電嘴100內(nèi)的分布是最優(yōu)化的，因為在孔105處的耐磨性高而其余分布位置是低的，以降低成本。在示例性實施方案中，在孔壁處的金剛石/金剛石粉的濃度比在導(dǎo)電嘴全部其余部分的濃度至少高50%。與圖1描繪的實施方案相似，在本發(fā)明的另一示例性實施方案中，即使合金109包括金剛石和/或金剛石粉(如圖2所示)，可移除/可更換的孔層107(如上述對于圖1的討論)也可以被采用。在這樣的實施方案中，孔層107可以具有與合金109相同的濃度或可以與合金不同(例如，孔層107可以具有更高的濃度)。在進一步的示例性實施方案中，如對于圖1所討論的，其他材料可以與金剛石共同被采用，或作為金剛石的替代物。例如，可被預(yù)期的是，本發(fā)明的實施方案可以使用碳和/ 或鎢作為可供選擇的方式，或者與合金109內(nèi)的金剛石和/或金剛石粉共同使用。所選組分的比例將基于期望的性能特性被優(yōu)化。即如果鎢和金剛石被采用，在合金109內(nèi)的每一種組分的相對濃度應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化。在本發(fā)明的其他示例性實施方案中，不同的金屬可以作為上述討論的銅的替換物，或者與上述討論的銅共同被使用。例如，可被預(yù)期的是，除了銅之外，由鈹、鉻、鋯、銀和鎢制成的合金可以被使用。這些合金可以在導(dǎo)電嘴100中單獨地使用或互相組合來使用。在本發(fā)明的另一示例性實施方案中，金剛石/金剛石粉的濃度在導(dǎo)電嘴100的末端部分111處被增加。因為末端部分111最接近于焊弧，所以在末端部分111處的熱暴露 (heat exposure)是最高的。因此，在末端部分111處金剛石/金剛石粉的增加的濃度有助于導(dǎo)電嘴100的耐磨性。在示例性實施方案中，在末端部分111處的金剛石/金剛石粉的濃度比在導(dǎo)電嘴100全部其余部分的濃度至少高50%。在本發(fā)明進一步的示例性實施方案中，可被預(yù)期的是，當(dāng)采用碳和/或鎢以及金剛石的混合物時，金剛石的相對濃度越接近導(dǎo)電嘴100的末端部分111越高。即如果在合金109中采用鎢和金剛石，那么在末端部分111處的合金109中的金剛石的濃度將高于合金109其余部分中的金剛石的濃度?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，圖3示出按照本發(fā)明的示例性實施方案的焊槍200。作為前提，要注意的是，焊槍組件的詳細討論將不被包括在此處，因為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對于焊槍的設(shè)計、結(jié)構(gòu)和組件是非常熟悉的。如圖3所示，焊槍200的示例性實施方案包括手柄部分201，所述手柄部分201典型地包括觸發(fā)組件202。觸發(fā)組件202用于激活焊條和電源的送入以開始焊接操作。與手柄部分201耦合的是鵝頸管部分203。鵝頸管部分203如所示典型地為彎曲的，以允許焊槍 200的符合人體工程學(xué)的操作。與鵝頸管部分203耦合的是噴嘴205，而在噴嘴205內(nèi)是傳導(dǎo)組件207，導(dǎo)電嘴100 與所述傳導(dǎo)組件207耦合。(要注意的是，為了清楚起見，噴嘴205、傳導(dǎo)組件207和導(dǎo)電嘴 100以截面示出。)傳導(dǎo)組件207與電源通過電線(未示出)電耦合。因為傳導(dǎo)組件207 是導(dǎo)電的，所以波形通過傳導(dǎo)組件207通過導(dǎo)電嘴100然后進入焊條(未示出)。導(dǎo)電嘴 100通過導(dǎo)電嘴100的螺紋部分101固定于傳導(dǎo)組件207。此外，傳導(dǎo)組件207具有分流 (diffuser)部分(未示出)，通過所述分流部分保護氣體經(jīng)過并且進入由噴嘴205創(chuàng)建的空腔，并且被導(dǎo)向焊接操作。要注意的是，本發(fā)明的焊槍不限于圖3所示的焊槍200的實施方案。所描繪的焊槍 200實質(zhì)上意圖是示意性的。特別地，可以預(yù)期的是，本發(fā)明的焊槍可以是與GMAW、SAW、和 /或FCAW—起采用的類型的焊槍，以及任何其他類型的焊槍或在其中采用導(dǎo)電嘴的裝置。盡管本發(fā)明已被具體示出并且參照本發(fā)明的示例性實施方案被描述，本發(fā)明并不限于這些實施方案。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，可以從中進行各種形式和細節(jié)的變化， 而不偏離如所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。參考編號
100導(dǎo)電嘴
101螺紋部分
103主體部分
105孔
107孔層
109合金材料
111末端部分
200焊槍
201手柄部分
202觸發(fā)組件
203鵝頸管部分
205噴嘴
207傳導(dǎo)組件
權(quán)利要求
1.一種焊接導(dǎo)電嘴(100)，所述焊接導(dǎo)電嘴(100)包括 主體部分(10 ；以及通過所述主體部分(103)的孔(105)，其中所述焊接導(dǎo)電嘴(100)包括金剛石和金剛石粉中的至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中所述孔(105)具有孔層(107)并且所述孔層 (107)包括金剛石和金剛石粉中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中所述主體部分(103)包括銅或銅合金并且所述金剛石和金剛石粉中的至少一種被孕鑲到所述銅或銅合金中。
4.如權(quán)利要求1至3中的一項所述的焊接導(dǎo)電嘴，還包括孔層(107)，所述孔層(107) 被定位在所述孔(105)內(nèi)，并且所述孔層(107)包括所述金剛石和金剛石粉中的至少一種的至少一些。
5.如權(quán)利要求4所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中所述孔層(107)是從所述孔(105)可移除的。
6.如權(quán)利要求4或5所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中所述孔層(107)在所述孔(105)的長度的長達50%上延伸。
7.如權(quán)利要求4所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中所述孔層(107)在所述孔(105)的長度的長達25%上延伸。
8.如權(quán)利要求1至7中的一項所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中接近所述孔(105)的所述金剛石和金剛石粉中的至少一種的濃度高于遠離所述孔(105)的所述金剛石和金剛石粉的濃度。
9.如權(quán)利要求1至8中的一項所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中接近所述導(dǎo)電嘴(100)的末端部分(111)的所述金剛石和金剛石粉中的至少一種的濃度高于遠離所述導(dǎo)電嘴(100)的所述金剛石和金剛石粉的濃度。
10.如權(quán)利要求1至9中的一項所述的焊接導(dǎo)電嘴，其中所述焊接導(dǎo)電嘴(100)包括鎢和碳中的至少一種。
11.一種焊接導(dǎo)電嘴(100)，所述焊接導(dǎo)電嘴(100)包括 主體部分(103)；以及通過所述主體部分(103)的孔(105)， 其中所述孔(10 具有孔層并且所述孔層包括鎢。
12.一種焊槍，所述焊槍包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一項所述的焊接導(dǎo)電嘴。
全文摘要
一種焊接導(dǎo)電嘴(100)，該焊接導(dǎo)電嘴(100)具有主體部分(103)和通過主體部分(103)的孔(105)。焊接導(dǎo)電嘴(100)由合金制成，所述合金包括金剛石和/或金剛石粉。
文檔編號B23K9/32GK102448654SQ201080023364
公開日2012年5月9日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者E·A·恩耶迪, K·L·克拉克, S·R·彼得斯, T·E·庫肯, V·B·拉簡 申請人:林肯環(huán)球股份有限公司