CN104507627A - 用于钨极惰性气体焊接的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于钨极惰性气体焊接的燃烧器（1），尤其用于钨极惰性气体窄间隙焊接的窄间隙头，其中，在由金属制成的壳体（10）中电极单元（32）借助于电极保持器（20）保持住并且存在一用于冷却所述电极单元（32）的冷却装置，通过其，液态的冷却介质能够被引入到电极保持器（20）中并且从电极保持器（20）中再次引出。根据本发明的燃烧器的特征在于，冷却装置包括在电极保持器（20）的罩（21）以内的用于构造冷却通道（25、26）的至少一个导电性的分隔壁（22），其中，至少所述至少一个分隔壁（22）与电极单元（32）电连接。此外，电极保持器（20）的外表面（28）至少在包围电极保持器（20）的壳体（10）的区域中设有一绝缘层（29）。

Description

用于钨极惰性气体焊接的燃烧器

技术领域

本发明涉及一种用于钨极惰性气体焊接（Wolfram-Inertgas-Schweißen）的燃烧器。本发明尤其涉及一种用于钨极惰性气体窄间隙焊接（Wolfram-Inertgas-Engspaltschweißen）的窄间隙头（Engspaltkopf）。

背景技术

在钨极惰性气体焊接燃烧器中，在一未消耗的钨电极和一工件之间燃烧一光弧。该电极通常构造成阴极。由于电子作为自由载流子的发射基本上通过高温实现，因此希望在电极中实现高的功率密度。这可以通过钨电极的圆锥状的锥形的设计来实现。此外希望光弧的起始点尽可能处于朝工件的方向更近，这通过电极尖端的锥形设计来支持。针对在电极上出现的高温，需要进行冷却，用以防止或者说至少限制电极的磨损。

通常将一惰性气体通过燃烧器朝向工件引导。为此存在惰性气体喷嘴。通过其可以使惰性气体形成围绕光弧的闭合的帷幕。惰性气体喷嘴在此围绕电极并且与电极相邻地布置。

从DE 10 2009 008 250 A1中公开了一种用于钨极惰性气体焊接的燃烧器，其中，在一由金属制成的壳体中借助于一电极保持器保持一电极单元。为了冷却该电极单元，存在一冷却装置，液态的冷却介质可通过该冷却装置引入到电极保持器中并且可从该电极保持器中再次引出。为此在电极保持器中构造一空腔，在该空腔中可经由一冷却管将冷却介质引入到该空腔中并且可再次从该空腔中引出。冷却介质可以在从冷却管中出来之后直接碰到电极单元的端面上。由此实现了电极单元的直接冷却。

发明内容

本发明的任务是，提出一种用于钨极惰性气体焊接的燃烧器、尤其一用于钨极惰性气体窄间隙焊接的窄间隙头，其可在高的电流强度和高的焊接安全性的情况下使用。

该任务通过一种根据权利要求1的特征的燃烧器以及一种根据权利要求15的特征的电极保持器解决。本发明的有利的设计方案和改进方案在从属权利要求中给出。

在根据本发明的用于钨极惰性气体焊接的燃烧器、尤其用于钨极惰性气体窄间隙焊接的窄间隙头中，在一由金属制成的壳体中借助于一电极保持器保持一电极单元并且存在一用于冷却该电极保持器的冷却装置。通过该冷却装置可将液态的冷却介质引入到电极保持器中并且可从电极保持器中再次引出。

该冷却装置包括在电极保持器的罩以内的至少一个导电性的分隔壁，用于构造冷却通道。在此，至少所述至少一个分隔壁、在某些情况下还有电极保持器的罩，与电极单元电连接。同时，所述电极保持器的外表面至少在包围所述电极保持器的壳体的区域中设有一绝缘层。

电流传递不仅可以如在传统的燃烧器中的情况那样通过罩引导，而且还可以经由隶属于冷却装置的部件引导，从而提供一用于电流传递的提高的有效横截面。由此可以将相比之下更高的电流传递到电极单元上。同时所有的引导电流的部件都与冷却介质接触，从而通过电极单元的直接冷却实现了高效的散热。

此外，所提出的构造方案基于绝缘层能够实现电极保持器与壳体的电势分离。由此实现了一通过电极保持器的完整的电流。该绝缘层不仅能够实现一仅经由电极保持器的焊接电流的传递，而且也能够实现在如下的环境中使用燃烧器，在这些环境中在壳体和待加工的工件之间存在很小的间距。这可以例如是所谓的窄间隙，燃烧器为了制造出焊缝在该窄间隙中引导。通过如下方式，即壳体是无电流的，在壳体和待加工的工件之间在窄间隙中也不会产生光弧，由此减小了壳体或者说工件损坏的危险。

在一种有益的构造方案中，电极保持器的罩通过一由金属、尤其由铜或由不锈钢或铜合金或不锈钢合金制成的柱体构成。由此电流的大部分可经由冷却装置的分隔壁朝电极单元引导，因此不需要由最好传导性材料、例如铜来形成电极保持器的罩，其同样也是冷却装置的部分。取而代之，可以使用便宜的且可更好地加工的材料不锈钢或不锈钢合金。

为了构造出冷却通道有益的是，所述罩和所述电极保持器的至少一个分隔壁形状锁合地相互连接。

为了能够实现燃烧器或者说电极保持器的高的电流传导能力，所述至少一个分隔壁优选由铜形成。此外，通过分隔壁的数量不仅可以确定用于引导冷却介质的通道的数量，而且也可以以适当的方式改变为电流引导所提供的横截面。

在另一种构造方案中，所述至少一个分隔壁在所述罩的面向待加工的工件的端部上过渡到一关闭元件中，该关闭元件与所述罩流体密封地连接。该流体密封的连接可以例如通过焊接来制成。同样地所述关闭元件可以与所述罩旋紧或压紧。倘若需要，还可以使用浇注材料或焊剂，用以制造出密封性。

还有益的是，所述至少一个分隔壁在所述关闭元件的区域中具有至少一个凹部，所述冷却通道通过所述凹部相互连接，从而液态的冷却介质能够通过至少一个冷却通道流入到所述电极保持器中并且朝向所述关闭元件流动，以及能够通过至少一个另外的冷却通道从所述关闭元件离开地流动并且从所述电极保持器中流出。在所述分隔壁的凹部的区域中进行所述冷却介质的“转向”。

所述分隔壁可以选择性地通过平面的桥接件或者单线程或多线程的蜗杆形成。平面的桥接件具有简单的可制造性的优点。平面的桥接件将罩例如分隔成两个相同大小的半部，其中，在所述凹部的区域中的转向在所述关闭元件的区域中进行。通过一蜗杆形的分隔壁可以实现均匀的冷却，因为“冷的”朝向所述关闭元件流动的冷却介质能够通过螺旋形的冷却通道实现所述电极保持器的、尤其其罩的所有面的冷却。

所述绝缘层可以选择性地由耐热的塑料或陶瓷制成。当所述绝缘层具有大致01.至0.3mm的厚度时就足够。

优选地，所述电极单元构造有至少两个部分，其中，圆锥形地朝向一工件变细的由钨或钨合金制成的电极在一由具有大于50W/mK的导热率的金属制成的电极支架中力锁合和/或材料锁合和/或形状锁合地固定住。钢具有52W/mK的导热率，铝具有270W/mK的导热率。通过电极在电极支架中的力锁合和/或材料锁合的固定，可以实现很小的过渡电阻，从而在该区域中局部过热的危险很小。

通过如下方式，即电极单元根据另一种构造方案与所述电极保持器可松开地旋紧，所述电极单元可以根据要求的不同毫无问题地从所述电极保持器上松开并且通过另一个电极单元来替换。这例如当要使用一具有另一个直径或另一种构造的电极时是有意义的。同样地电极单元在磨损情况下的更换可以简单地通过将电极单元从电极保持器中旋出而去除并且通过使用一新的电极单元来进行。

在此情况下尤其是所述电极单元直接与所述电极保持器的关闭元件可松开地旋紧。为此例如所述关闭元件具有一具有内螺纹的钻孔，电极支架的一相应的、设有外螺纹的突出部可以旋入到该内螺纹中。同样地，所述电极支架可以包括一具有内螺纹的钻孔并且所述关闭元件可以包括一具有外螺纹的突出部。此外，在关闭元件和电极单元之间的螺旋连接可以表现为一低阻力的连接。

还有益的是，所述壳体是扁平的，其中，其宽度明显小于一长度，其中，该长度是所述壳体沿着一焊接线的延伸长度。例如所述壳体可以构造成扁平件。这种壳体也被称作剑形件。这种剑形件的宽度通常当能够稳固地容纳电极保持器就刚好足够。相应的用于输入惰性气体的管道在剑形件中的设置在电极保持器的相对立的侧面上。在此惰性气体从两个相对立的侧面朝向电极被导出，用以形成围绕电极和工件之间的光弧的帷幕。

所述壳体具有一用于接收电极保持器的钻孔，其中，所述电极保持器利用一间隙配合被接收。由此实现了电极保持器在壳体中的容易的可转动性，从而该电极可以实施一摆动运动，如其例如常常在窄间隙焊接时所使用的那样。

通过如下方式，即在壳体和电极保持器之前的电势分离基于敷设在电极保持器上的绝缘层来给出，该壳体无需具有绝缘部，尤其无需外绝缘部。即使在金属性的壳体与工件接触时也不会导致这两个部件之间的熔化，因为壳体是不导电的。

本发明还提出一种用于上述类型的燃烧器的电极保持器，其保持一电极单元，以及一用于冷却电极单元的冷却装置，液态的冷却介质可通过该冷却装置引导到电极保持器中并且可从该电极保持器中再次引出。所述冷却装置包括在所述电极保持器的罩以内的用于构造冷却通道的至少一个导电性的分隔壁，其中，至少所述至少一个分隔壁与所述电极单元电连接。所述电极保持器的外表面至少在包围所述电极保持器的壳体的区域中设有一绝缘层。所述电极保持器同样具有上述优点。

附图说明

下面更详细地借助于附图中的实施例来阐述本发明。其中:

图1 示出了一根据本发明的用于钨极惰性气体焊接的电极保持器的截面图，

图2 示出了一根据本发明的燃烧器的部分截面图，该燃烧器构造成一用于钨极惰性气体窄间隙焊接的窄间隙头，以及

图3 示出了一电极单元的截面图。

具体实施方式

图1在一横截面示图中示出了一根据本发明的用于燃烧器的电极保持器20，该燃烧器构造成一用于钨极惰性气体窄间隙焊接的窄间隙头。构造成窄间隙头的燃烧器在图2中在部分横截面示图中示出。

该电极保持器20由一在横截面上柱体形的、空心的罩21构成，该罩可选择性地由铜或不锈钢制成。不锈钢的应用能够实现罩21的更容易的且成本低廉的制造。在罩21的内部布置一桥接件形（stegförmige）的分隔壁22，优选由铜制成。该分隔壁22在其在该图中的下端部上过渡到一关闭元件23中，其中，所述下端部面向一未示出的工件，所述关闭元件关闭所述罩21的空腔。所述分隔壁22和所述关闭元件23优选一件式地构造。

在所述关闭元件23和所述罩21之间形成一流体密封的连接部27。这种流体密封的连接部可以通过焊接、螺栓连接或浇注来制成。在某些情况下也可以进行前述措施的组合。

在所述分隔壁22邻接在所述关闭元件23上所处的区域中，所述分隔壁具有至少一个凹部24。由此可以使在所述分隔壁22和所述罩21之间形成的冷却通道25、26相互连接。例如流入到冷却通道25中的冷却介质可以穿过凹部24并且通过冷却通道26再次从电极保持器20中流出。作为冷却介质可以例如使用水。

一电极单元32与所述关闭元件23连接。该电极单元32由一电极支架33以及一与该电极支架连接的电极34组成。该电极支架例如由钨铜合金、例如WCu 80/20制成。相反，电极34优选由纯钨制成或掺入了稀土（元素）。电极34在此情况下，如从图1的横截面示图中容易可见，相对于所述电极保持器的纵轴线以预先给定的角度倾斜，所述纵轴线沿着页面方向从上向下延伸。电极34在此情况下***到所述电极支架33的相应的钻孔35中并且与电极支架材料锁合地连接。电极34和电极支架33之间的材料锁合的连接可以通过钎焊或将电极挤压到电极支架33中来制成。

电极支架和关闭元件23之间的连接优选通过螺栓连接来进行。为此，关闭元件23具有一钻孔30，该钻孔具有一内螺纹31，一相应的突出部利用电极支架33的外螺纹旋入到所述内螺纹中。由此可以例如在焊接过程中改变电极34的直径，方式为，所述电极单元通过一相应的具有所希望的电极的其它的电极单元来替换。

图3在一放大示图中示出了电极单元32的电极支架33，不具有***的电极。在此较好可见，钻孔35的轴线37为了接收电极（这里未示出）相对于电极保持器20的纵轴线以一预先给定的角度倾斜。同样可见一具有外螺纹的突出部，该外螺纹用于旋入到分隔壁22的关闭元件23中。

如在图1中可见，电极支架33的直径最大相应于罩21的外直径。

此外，在导电的罩21的外表面28上敷设一绝缘层29。该绝缘层可以由塑料材料或陶瓷形成。该绝缘层以大致0.1至0.3mm的厚度敷设到外侧面上。

通过空心的罩21和布置在其中的具有凹部24的分隔壁22，通过电极保持器20提供了一用于冷却电极单元32的冷却装置。电极的主动的、初级的冷却能够实现焊接电流以直至30%的升高，这会在提高的焊接速度上表现出来。此外，给出了电极单元且尤其电极的大大减小的磨损。

因此，电极单元32的初级的、主动的冷却也是如此之高效，因为进行了关闭元件32和其罩的引导焊接电流的部件、也就是说分隔壁的直接冷却。通过罩21的几何尺寸、尤其壁厚以及分隔壁22的厚度的设计，可以以希望的方式影响为了电流引导所要求的或者说所需的横截面。

图2在一壳体10中示出了图1的电极保持器20。该电极保持器20利用一间隙配合布置在壳体10的钻孔中。壳体10具有扁平件的造型，其中，在图2的示图中可见壳体10的纵向伸长。这意味着，具有布置在其中的电极保持器20的壳体10为了产生焊接线而在一从左向右的运动中引导，或者反过来。在此，壳体10在两个待接合的工件之间的间隙中引导。壳体10的垂直于页面平面延伸的宽度大大小于在图2中可见的长度。壳体10的宽度仅略微小于在焊接过程期间被引导的所述燃烧器1的间隙。

壳体10由一剑形件11和一所谓的锁止件12构成。剑形件11和锁止件12基于敷设在电极保持器20的外表面28上的绝缘层29而与电极保持器20电势分开。

这意味着，与传统的窄间隙头不同，壳体10无助于通过电极34的电流。基于此，剑形件11可以由廉价的黄铜形成。锁止件12由铜、黄铜或陶瓷、例如碳化硅（SiC）或氮化硅（SiN）制成。

以本领域技术人员已知的方式，在剑形件11中同样存在冷却管道。为此在剑形件中掏制相应的未示出的钻孔。同样地，设置其它的用于惰性气体引导的钻孔，这些钻孔还通过所述锁止件延伸，用以利用惰性气体从相对置的侧面绕流所述电极34。由于这对于本领域技术人员而言是已知的，因此其同样未示出。

此外，与所述剑形件连接一未示出的、本领域技术人员已知的联接单元，经由该联接单元可以向电极保持器20输入为了焊接所需的电流。同样地，所述联接单元具有用于输入和导出所述冷却介质以及用于输入惰性气体的接口。

在一种未示出的实施变型中，代替笔直的分隔壁22也可以设置所述冷却通道25、26的蜗杆形的分隔部。为此所述分隔壁构造成单线程或多线程的蜗杆。由此可以实现所述电极保持器20的罩21在圆周上的均匀的冷却。

因此在附图中提出的窄间隙头具有电极的初级冷却。在此情况下，电极保持器由一空心异形件构成，其具有一导电性良好的内平面（平面的或蜗杆形的分隔壁），其可以附加地用于电流传递的罩。同样地在某些情况下可以仅经由分隔壁进行电流传递。通过电极与电极支架的材料锁合的连接，给出了用于冷却装置的散热的更好的接触。电极支架优选旋入到电极保持器的关闭元件中且因此能够实现较高程度的散热。此外存在一关于待使用的电极的较高的灵活性。

通过敷设到电极保持器上的电绝缘部进行仅经由电极保持器的焊接电流传导。因此，将构造成剑形件和锁止件的壳体无电势地与电极保持器分开。与电极保持器的冷却无关地，可以设置壳体、尤其剑形件的冷却。

电极的初级冷却导致了焊接电流的升高，其表现在提高的焊接速度上。其它优点在于电极保持器结合剑形件的大大减小的磨损以及电极的减小的磨损。由于剑形件和电极保持器的电势分开，在待加工的工件与剑形件接触时剑形件的损坏方面不会出现问题。由此同样可以避免前锁止件熔化掉。

还可以降低零件成本，因为代替迄今为止使用的昂贵的钨铜，也可以由便宜的黄铜制造出剑形件以及前锁止件。同样可以使用陶瓷。

电极的改善的冷却在技术上导致等离子作用点在电极尖峰上的集中，导致等离子的稳定化，导致掺入元件的减小的蒸发速率且因此总体上导致更稳定的光弧，由此改善了焊接结果。

Claims (15)

1. 用于钨极惰性气体焊接的燃烧器，尤其用于钨极惰性气体窄间隙焊接的窄间隙头，其中，在一由金属制成的壳体（10）中一电极单元（32）借助于一电极保持器（20）保持住，并且存在一用于冷却所述电极单元（32）的冷却装置，通过该冷却装置，液态的冷却介质能够被引入到所述电极保持器（20）中并且能够从所述电极保持器（20）中再次引出，

其特征在于，

- 所述冷却装置包括在所述电极保持器（20）的罩（21）以内的用于构造冷却通道（25、26）的至少一个导电性的分隔壁（22），其中，至少所述至少一个分隔壁（22）与所述电极单元（32）电连接，并且

- 所述电极保持器（20）的外表面（28）至少在包围所述电极保持器（20）的壳体（10）的区域中设有一绝缘层（29）。

2. 根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述电极保持器（20）的罩（21）通过一柱体形成，该柱体由金属制成，尤其由铜或不锈钢或铜合金或不锈钢合金制成。

3. 根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述罩（21）和所述电极保持器（20）的至少一个分隔壁（22）形状锁合地相互连接。

4. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述至少一个分隔壁（22）由铜形成。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述至少一个分隔壁（22）在所述罩（21）的面向工件的端部上过渡到一关闭元件（23）中，该关闭元件流体密封地与所述罩（21）连接。

6. 根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述至少一个分隔壁（22）在所述关闭元件（23）的区域中具有至少一个凹部，所述冷却通道（25、26）通过所述凹部相互连接，从而液态的冷却介质能够通过至少一个冷却通道（25、26）流入到所述电极保持器（20）中并且朝向所述关闭元件（23）流动，以及能够通过至少一个另外的冷却通道（25、26）从所述关闭元件（23）离开地流动并且从所述电极保持器（20）中流出。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述至少一个分隔壁（22）通过平面的桥接件或者单线程或多线程的蜗杆形成。

8. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述绝缘层（29）由耐热的塑料或陶瓷制成。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述电极单元（32）构造有至少两个部分，其中，圆锥形地朝向一工件变细的由钨或钨合金制成的电极在一由具有大于50W/mK的导热率的金属制成的电极支架中力锁合和/或材料锁合和/或形状锁合地固定住。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述电极单元（32）与所述电极保持器（20）能松开地旋紧。

11. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述电极单元（32）直接与所述电极保持器（20）的关闭元件（23）能松开地旋紧。

12. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体（10）是扁平的，其中，其宽度明显小于一长度，其中，该长度是所述壳体（10）沿着一焊接线的延伸长度。

13. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体（10）具有一钻孔，所述电极保持器（20）利用一间隙配合接收在该钻孔中。

14. 根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体（10）不包括绝缘部，尤其不包括外绝缘部。

15. 电极保持器（20），用于根据权利要求1至14中任一项所述的燃烧器，所述电极保持器保持一电极单元（32）并且包括一用于冷却所述电极单元（32）的冷却装置，液态的冷却介质能够通过所述冷却装置引入到所述电极保持器（20）中并且能够从所述电极保持器（20）中再次引出，

其特征在于，

- 所述冷却装置包括在所述电极保持器（20）的罩（21）以内的用于构造冷却通道（25、26）的至少一个导电性的分隔壁（22），其中，至少所述至少一个分隔壁（22）与所述电极单元（32）电连接，并且

- 所述电极保持器（20）的外表面（28）至少在包围所述电极保持器（20）的壳体（10）的区域中设有一绝缘层（29）。