[發明專利]用于在焊接裝置中提供具有特定輪廓的保護氣體層流的裝置；相應的焊接裝置

有效

• 申請號: 201780062760.7
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN109843496B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 邁克爾·赫格爾;扎卡里·恩德特
• 申請（專利權）人: 伊利諾斯工具制品有限公司
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K26/21;B23K10/02;B23K26/14;B23K9/167;B23K9/32
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 脫穎;施嘉薇

本公開涉及焊接裝置的部件，其被配置成產生具有成型流輪廓(1)的保護氣體，其提供與通過傳統裝置獲得的長度相比在更長的長度上具有層流輪廓的保護氣體柱。所述部件利用一個或多個限流器，該限流器被配置成在從保護氣體流動通道的中心起遞增的距離處對保護氣體的流動提供更高的阻力。通過朝向通道的外緣提供遞增的阻力，在相對短的流長度上獲得成型的保護氣體流輪廓(1)。

本申請要求2016年8月15日提交的美國臨時專利申請62/375,021、 2016年11月8日提交的美國臨時專利申請62/418,923以及2017年8月14 日提交的美國專利申請15/676,065的優先權，所述專利申請各自的全部內容援引加入本文中。

技術領域

本公開總體上涉及焊接技術領域，更具體地涉及一種用于在焊接裝置中提供具有特定輪廓的保護氣體層流的裝置以及相應的焊接裝置。

背景技術

保護氣體在制造優質焊縫中發揮重要作用。具體而言，保護氣體防護或保護焊縫免受導致氧化的大氣中氧氣及其他大氣污染物影響。因此，為了確保可以制造優質焊縫，維持通過焊接裝置的保護氣體的適合流量是重要的。例如，因為層流輪廓將較少的來自大氣的不期望的反應性氣體引入到保護焊接區域的惰性氣體柱中，所以離開焊接裝置的氣體出口(例如噴嘴)的保護氣體柱適合地具有層流流動輪廓，而不是湍流流動輪廓。

然而，由于在保護氣體與在保護氣體柱周圍的大氣的速度差異，在保護氣體柱的外邊緣處存在開爾文-亥姆霍茲不穩定性。這些不穩定性起始于波狀運動并且增長，直至保護氣體的流動在與氣體出口相隔某一距離的位置處變成完全湍流。保護氣體柱在其上維持基本上層流流動輪廓的距離取決于多種因素，包括保護氣體的流量、氣體出口的橫截面尺寸(通常隨著噴嘴部件的杯尺寸而改變)，及諸如此類。

保護氣體也適合地在與噴嘴節流孔相隔顯著的距離處維持層流流動輪廓，即保護氣體柱對于相對長的長度維持基本上層流流動輪廓。這使焊接裝置得以在鎢電極從噴嘴的端部進一步延伸(伸出)的情況下進行操作，從而增進焊接區域的可視性和可訪問性，由此允許焊接裝置的用戶更有效地焊接更緊密的接頭或難以到達的接頭。由于這些原因，在焊接裝置提供具有持久層流流動輪廓的保護氣體柱情況中，可以實現較高質量且更易于獲得的焊縫。

為了提供具有期望的層流流動輪廓的保護氣體柱，傳統的焊接裝置通常利用氣體噴嘴、氣體透鏡(gas lenses)，或其組合。

用于焊接裝置的氣體噴嘴，也常被簡稱為噴嘴或杯，是與焊接裝置的頭部附接并且具有出口的部件，保護氣體經由該出口離開焊接裝置并且流向焊接區域，所述焊接區域內的部分被稱為保護氣體柱。氣體噴嘴的出口通常是收窄的，從而在出口處提供變窄的流動橫截面積，由此減少湍流。噴嘴可以由任何類型的耐熱材料制成，但是通常由陶瓷、金屬(例如銅、黃銅等)或其組合制成。許多焊接裝置，例如氣體保護鎢極焊接裝置，利用可替換的陶瓷噴嘴，其被擰入到焊炬頭中或者被推入到焊炬頭上的合適位置。雖然噴嘴用來減少保護氣體柱中的湍流，但一般而言，在保護氣體柱變成湍流之前，鎢電極可以伸出與噴嘴出口直徑的大約一半相等的距離。

用于焊接裝置的氣體透鏡是替代傳統筒夾體而與焊接裝置附接的部件。典型的氣體透鏡由金屬(例如銅和/或黃銅)體構成，其具有一層或多層鋼/ 不銹鋼的網篩(與鋼相比，不銹鋼提供更大的耐用性和防銹性和防腐蝕性)。更先進的氣體透鏡利用工程設計的多孔過濾介質替代網篩。網篩和多孔過濾介質都用來使保護氣體均勻地分布在電極周圍，從而產生具有平推流輪廓的保護氣體，其中所述氣體的速度在流動通道的整個橫截面各處基本上相等。通過產生平推流，氣體透鏡減少保護氣體湍流并且提供具有較長層流流動輪廓的保護氣體柱。這進而允許電極延伸超過焊炬端部更遠的距離。例如，一般而言，當利用氣體透鏡和噴嘴時，在保護氣體柱變成湍流之前，鎢電極可以伸出長達約噴嘴出口直徑的距離。

本發明的實施例涉及向焊接裝置提供具有層流流動輪廓的保護氣體柱的裝置，與利用傳統部件獲得的那些層流流動輪廓相比，所述層流流動輪廓從氣體出口延伸更遠的距離。因此，在一些實施例中，所述裝置可以替換傳統的氣體透鏡和噴嘴。

發明內容