[发明专利]具有可调电极接收器的惰性气体焊炬头

说明书

一种可移除的电弧焊焊炬头，其具有可变的电极接收孔，该电极接收孔包括多个离散的、可滑动的楔形件，这些楔形件在圆锥形内表面内被引导，以使得焊炬头能够与各种直径的电极一起使用，而不用改变焊炬头的部件。焊炬的可移除特性，在提供足够的惰性气体流量的同时，提供了一个调节环，该调节环与楔形件接合，并形成一个可调节的开口，用于电极插入其中。

优先权声明和交叉引用

本申请根据35 USC§119(e)要求Jesse Rogers于2019年8月5日提交的、题为“具有可调电极接收器的惰性气体焊炬头(INERT GAS WELDING TORCH HEAD WITH ADJUSTABLEELECTRODE RECEIVER)”的美国临时专利申请号62/882,700的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

本申请交叉引用了2017年10月17日授予Jesse Rogers的、题为“具有可变电极接收器的电弧焊炬(ARC WELDING TORCH HAVING A VARIABLE ELECTRODE RECEIVER)”的美国专利9,789,560B2，该专利的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

虽然可为气体保护焊炬提供自定心可调电极接收器，但为了促进此类装置的使用，使用户(例如，焊工)能够容易地更换或切换传统焊炬上使用的头是至关重要的。例如，替换或更换整个惰性气体焊炬以便适应不同的电极尺寸是昂贵的。所公开的焊炬头适于与多种焊炬类型一起使用，并且因此提供可替换惰性气体焊炬头中的可调电极接收器的附加优点。因此，焊工现在可享受可调电极接收器的优点，而不必替换整个焊炬—他们仅需要安装改进的焊炬头以便使用广泛范围的电极尺寸。可移除焊炬头包括均匀地接触各种形状、直径、长度和取向的电极固定楔形件。可调电极固定楔形件提供与电极的稳健且均匀的接触，并且因此降低接触区中电阻加热的可能性。

背景技术和发明内容

气体钨极电弧焊(GTAW)，也称为钨极惰性气体(TIG)焊接，是一种电焊接工艺，利用钨电极产生的电弧产生足够的热量，产生熔融或等离子“熔池”，将工件焊接或熔合在一起。惰性气体焊接可以用于多种金属及其合金，因此是一种非常通用的焊接工艺。然而，焊接参数和电极尺寸通常需要基于被焊接的材料和焊接条件来调节。例如，非消耗性钨电极的直径可以根据工件材料和焊接类型而在约0.5mm和约6.4mm(0.020英寸至0.25英寸)之间变化，并且电极的长度可以在约75mm至约610mm(3英寸至24英寸)的范围内。传统的惰性气体焊炬通常采用一系列夹头，以允许用户移除焊接头，并且针对每个电极尺寸采用不同的夹头—这是一种耗时的工艺，特别是当用户需要定期地切换电极尺寸时。

在惰性气体焊接工艺中，焊接区域通过惰性保护气体(例如氩气)的保护而免受大气污染。焊接电源提供电流，该电流在电极与正被焊接的材料之间产生电弧时，产生足以焊接工件的集中热能。聚焦的热量足以将接触区域以及可选的填充棒置于等离子状态。热量通过焊接操作产生，且因此，焊炬可能需要冷却系统。空气冷却系统最常用于低电流操作，然而，在用于TIG焊接系统的焊炬内有时需要水冷却，以便在较高电流应用中或需要更长占空比的应用中散热。

如上所述，钨极电弧焊气体保护焊炬采用专用夹头和夹头主体，用于将特定直径的电极保持在焊炬头内。电极夹头通常由铜制成管状，并具有至少两个纵向的间隙或狭槽，以允许夹头的直径在相对于相邻夹头主体的内部圆锥形移动时被径向压缩。夹头的这种压缩最小地减小了其中的开口，以将电极接合并固定在夹头的标称内部径向区域内。由于夹头在相对小的区域上被压靠在电极上，每单位面积的电流密度是显著的，并且由于与电极的电阻连接可能产生大量的热量，这也可能使夹头内的周边电弧持续存在。因此，由于电阻加热和传导加热以及随后的冷却所引起的重复膨胀和收缩的影响，电极以及夹头具有随时间腐蚀的趋势。由于铜夹头具有9.8×10^-6in/in/0F的热膨胀系数，而钨电极仅膨胀大约一半(3.9×10^-6in/in/0F)，因此情况进一步恶化，从而在焊接时潜在地引起装配不良的电极，并且其中进一步增加了电阻和/或使得电极变得不稳定并在焊炬头内移动。