CN111107955A - 用于热接合的焊炬体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊炬体，用于热接合至少一个工件，尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊，具有布置在该焊炬体中的非熔化式电极，尤其是钨电极，用于在电极和工件之间产生电弧。焊炬体具有无电势的前喷嘴，用于使保护气体流从气体出口流出。设置有副流通道，用于将保护气体流分为主气流和副气流，其中，副气流在所述气体出口处环形地围绕主气流。

Description

用于热接合的焊炬体
本发明涉及根据权利要求1、17和18的焊炬体以及具有这种焊炬体的焊炬以及用于至少一个工件的热接合、尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊的方法，本发明还涉及一种根据权利要求19前序部分的接合装置。
热接合方法利用能量，以便将工件熔化并将它们连接。在板加工中按照标准使用“MIG”焊接、“MAG”焊接和“WIG”焊接。
在使用熔化电极(MSG)的、保护气体辅助电弧焊接方法中，“MIG”代表“金属-惰性气体”(Metall-Inertgas)“MAG”代表“金属-活性气体”(Metall-Aktivgas)。在使用非熔化电极(WSG)的保护气体辅助电弧焊方法中，“WIG”代表“钨-惰性气体”(Wolfram-Inertgas)。根据本发明的焊接装置可以构造为机器操控的焊炬。
电弧焊接装置为了熔化焊接物而在工件和熔化焊接电极或非熔化焊接电极之间产生电弧。保护气体流使焊接物和焊接部位相对于氛围气体、主要是周围空气中的N2，O2，H2屏蔽。
在这种情况下，焊接电极设置在焊炬的焊炬体上，该焊炬与电弧焊接器具连接。焊炬体传统上包括一组内置的、引导焊接电流的构件，这些构件将焊接电流从电弧焊接器具中的焊接电流源引导至焊接电极上的焊炬体的尖部，以便然后从那里产生至工件的电弧。
保护气体流在焊接电极、电弧、焊池和工件上的热影响区周围流过，并通过焊炬的焊炬体输入给这些区域。气体喷嘴将保护气体流引导到焊炬体的前端部，在那里，保护气体流大致环形地在焊接电极周围从焊炬体流出。
为焊接而产生的电弧在焊接过程中会加热要焊接的工件以及必要时导入的焊接物，从而使它们熔化。由于电弧能量输入、高能量热辐射和对流，发生向焊炬的焊炬头的显著热输入。一部分输入热量可以通过由焊炬头引导的保护气体流或通过周围空气中的被动冷却以及向软管组中的热传导而再被排出。
然而，从焊炬头的一定焊接电流负载起，输入热量如此大，使得需要对焊炬头进行所谓主动冷却，以保护所使用的构件避免材料热失效。为此，焊炬头用冷却介质主动冷却，该冷却介质流过焊炬头并且此时将从焊接过程中吸收的不希望的热量带走。在此例如可以使用添加了乙醇或丙醇的去离子水作为冷却介质用于防冻保护。
除了熔焊，还考虑钎焊，用于连接板构件。与熔焊时不同，在钎焊时不是工件熔化，而是仅填充材料熔化。其原因在于，在钎焊时两个棱边通过作为填充材料的钎料彼此连接。钎料和构件材料的熔化温度相距甚远，所以在加工时仅钎料熔化。除了WIG焊炬、等离子焊炬和MIG焊炬外，激光器也适合于钎焊。
电弧钎焊工艺可分为金属保护气体(MSG-L)钎焊工艺和钨保护气体(WSG-L)钎焊工艺。在这里主要使用线形铜基材料作为填充材料，其熔融范围比基础材料的熔融范围低。MSG电弧钎焊的原理在设备技术方面很大程度上与采用线性填充材料的MSG焊相同。在WIG钎焊中，线形填充材料可以手动或机械化地从侧将送入电弧中。在此，填充材料可以在没有电流的情况下作为冷线或在被电流加载的情况下作为热线导入。使用热线可以实现更高的熔化效率，但电弧会受到附加磁场的影响。
通常，电弧钎焊使用在表面纯化的或者说未涂层的薄板上，因为除其他因素外，通过与熔焊相比较低的钎料熔化温度实现构件的较低热负荷，并且较少损坏涂层。在电弧钎焊时不发生基材的明显熔化。
电弧钎焊工艺中通常使用由最高大至约3毫米厚度范围内的非合金和低合金钢制成的未涂层并且金属覆盖的板材。
为了电弧钎焊，通常可以使用氩气I1或按照DIN ISO 14175参杂有CO2，O2或H2的氩气混合物。在WIG钎焊时可以使用市场常见的WIG焊炬。
背景技术
从现有技术中已知具有改型的WIG焊炬的电弧工艺，以便为高速钎焊应用提供聚集的电弧。这种已知焊炬的缺点是使用了专用电极，电极使用寿命有限并且由于开放式冷却回路和复杂的电极调整而不太便于维护。
由EP 2008 750 B1已知一种钨极惰性气体焊炬，该焊炬具有带上盖封闭件的壳体柱体，至少一个由于冷却介质的供给管线和回流管线以及惰性气体供应管线和用于钨电极运行的电接头被引导穿过该上盖封闭件。
此外，位于壳体柱体内的长形冷却体设置有位于其中的长形的、在冷却体上端侧敞开的空腔和位于空腔上的内盖封闭件，用于冷却介质的管线穿过该内盖封闭件。在冷却体的下端侧上，沿焊炬头轴线设置有嵌入式螺纹孔，该螺纹孔具有能配合到螺纹孔中并止动的电极，该电极带有柱状的、设置有锥形尖端的钨电极体，该钨电极体的尖端布置成与冷却体的下端侧隔开预给定的距离。
此外，焊炬具有气体喷嘴，该气体喷嘴与长形冷却体在围住纵向通道的情况下相连接，并且围绕冷却体和电极。
从EP 2 894 005 A1，WO 2015/105567 A1和US 2016/0221127 A1中已知一种电极和具有这种电极的焊炬组件。该电极包括一个长形延伸的主体以及具有第一截锥体的尖端区段和具有第二截锥体的工作端区段，该主体限定纵轴线，其中，长形延伸的主体布置在尖端区段和工作端区段之间。该焊炬具有固定在安装板上的调节轨和相对于调节轨可移动的调节体、焊炬体、具有纵轴线的电极保持器以及将电极固定在电极保持器中的保持螺母。电极保持螺母接触尖端区段的折成角度的表面。
EP 0 962 277 A1已知一种等离子焊炬，该等离子焊炬具有腔室，在该腔室中布置有连接到直流电源上的非消耗电极。该腔室设置有用于等离子气体的出口通道和入口通道。电极具有自由端部区段。电极的尖端在其自由端部上是削平的并且从口部分的自由端侧伸出。此外，口部分在其头部的区域中具有另外的通道，中心通道同心地围绕锥套形出口通道。
出口通道被另外的、用于引导冷等离子气体的通道包围。从出口通道流出的等离子气体要将等离子射流聚集或者说束紧在焊炬的出口通道之外。等离子气体基本上沿着具有特定壁厚的锥套流出。
这些已知的焊炬的缺点是使用专用电极，专用电极寿命有限，由于开放的冷却回路和复杂的电极调整而不太便于维护。
此外，由于电极合金化，例如在节拍密集的汽车工业制造中，对镀锌板的钎焊限制了电极的使用寿命并且由此引起不良的工艺影响和频繁的维护。
从前面描述的缺点出发，本发明所基于的任务是，提供一种改进的焊炬体，其具有简单、成本有利且紧凑的结构并且同时在提供短电弧长度的集中电弧的情况下保证保护电极免受锌蒸气影响。
该任务通过根据权利要求1的用于至少一个工件的热接合、尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊的焊炬体以及根据权利要求16的具有这种焊炬体的焊炬和根据权利要求17的用于至少一个工件的热接合的方法来解决。此外，该任务通过根据权利要求18的接合装置来解决。
发明内容
根据本发明，用于至少一个工件的热接合、尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊的焊炬体设置有布置在焊炬体中的非熔化式电极，尤其钨电极，用于在电极和工件之间产生电弧。此外设置有无电势的前喷嘴，用于保护气体流从气体出口排出。
根据本发明，前喷嘴具有至少一个副流通道，用于将保护气体流分为主气流和副气流。此外，根据本发明，副气流在气体出口处环形地围绕主气流。
如上面所提到的，在WIG焊接时，电弧在非熔化式电极(该电极通常极性为阴极)和工件之间自由燃烧。该焊接过程受到保护气体流的保护。保护气体可以具有氩气或氦气或两者的混合物作为主要成分。
本发明的特点在于，通过最小结构尺寸和分成两部分的气体引导的组合，尤其与其他焊炬类型(例如等离子焊炬)相比，节省了用于焊炬中副气流的额外空间需求以及用于另一电势的绝缘。此外可以使用常规的WIG电源，这进一步提高了焊炬装置的成本效率。
除了主气流外设置的副气流使得与从现有技术中已知的焊炬体相比能够实现导热能力大的前喷嘴横截面。通过副流通道扩大了被保护气体流覆盖的面积。因此，前喷嘴不仅承担针对电极受锌蒸气影响的保护功能，而且还承担针对工艺区域中的良好冷却的保护功能。
根据本发明的第一有利实施方式可以设置，多个副流通道在前喷嘴的周面上布置，优选相对于前喷嘴的纵轴线成10°至30°的向外指向的口部角度。通过向外指向的副流通道，被保护气流覆盖的面积进一步扩大。
根据本发明的另一优选实施方式可以设置，电极形成焊炬体的面向工件的远侧端部或与该端部大致齐平地终止。由此实现优化的电弧点燃过程。
替代地，前喷嘴可以形成焊炬体的面向工件的远侧端部，并且电极相对于该端部缩回，尤其缩回大约0.5至1.5mm。
在本发明的特别有利的扩展方案中，电极具有基本柱形的区段和/或面向工件的尖端部。电极的尖端部可以具有20°至45°、优选30°的尖端角。电极的面向工件的端部可以具有截锥形平台，平台直径为约0.5至1.5mm，优选1.0mm。由于在工件和电极之间形成电弧，因此，电极尖部的面向工件的几何形状既对于电弧的尺寸和形状、也对于焊炬的点火过程起决定作用。由于这个原因，在电极端部上设置一个平台，使得在该区域中电弧基本上垂直地并且直线地从电极延伸到工件。因此在工艺区域中进一步优化电弧的作用。
在本发明的扩展方案中设置用于冷却焊炬体的冷却体，冷却体尤其具有用于引导冷却介质的冷却通道。焊炬头的主动冷却是需要的，以便保护所使用的构件避免材料热失效。为此，焊炬头用冷却介质主动冷却，该冷却介质流过焊炬头并将从焊接过程中吸收的不希望的热量带走。如上所述，例如可以使用添加了乙醇或丙醇的去离子水作为冷却介质用于防冻。替代地也可以是，引导保护气体或空气作为冷却介质通过冷却通道。
根据另一有利方案，前喷嘴两件式构造。在本发明的意义上还可以想到，前喷嘴3构造为一件式的。根据本发明，前喷嘴具有中心喷嘴和气体喷嘴。通过具有中心喷嘴和气体喷嘴的前喷嘴构型可以实现，一方面结构变得更紧凑并且另一方面两个喷嘴各自具有用于引导保护气体流的通道的相对较小的直径。这样，焊炬体在前部区域中，即朝向工件，构造得明显更细。
中心喷嘴可以由铜或铜合金制成以实现非常高的导热性和/或气体喷嘴可以由黄铜或黄铜合金制成以便在高强度的同时实现高导热性。替代地，气体喷嘴也可以由陶瓷构成。
在本发明的扩展方案中，内部的电绝缘体使前喷嘴相对于电极绝缘。
可以设置另一绝缘，即所谓外部绝缘，以便将焊炬的、尤其焊炬体的从外部可触及的构件，即所谓无电势构件，相对于焊炬内部的有电势构件电绝缘，以便由于其无电压而确保防触电接触保护以及对其他机器和设备的保护。通过该措施还防止电弧从焊接电极偏移。在传统的电弧焊接装置中，电弧从焊接电极上偏移可能导致电弧跳到气体喷嘴或焊炬颈保护管上并使之熔化。这样会使所涉及的构件过早变得无法使用并且必须更换。
根据本发明的一个有利构型，在中心喷嘴和气体喷嘴之间形成一个环形间隙，用于均化和引导副气流。尤其可以设置，气体喷嘴在副流通道的出口的端部处至少部分地与中心喷嘴在周边上重叠，以形成环形间隙。由此确保在工艺区域和针对焊缝进一步改善的保护气体覆盖率。由此进一步改善针对电极防锌蒸气的保护功能。此外发生向焊炬体的优化热传导和热传递。同时，焊炬体的结构变得更加紧凑。
在本发明的特别有利的变型中，中心喷嘴具有副流通道。由此使得焊炬体的前部区域更加紧凑。因为通过优选处于中心喷嘴的贴靠面高度的副流通道实现焊炬体的优化冷却，因此，喷嘴尖端没有孔或通道，使得喷嘴尖端为了构件的良好可接近性而构造得细窄且紧凑。
根据本发明的一个实施方式可以设置，中心喷嘴的出口开口具有约5至22mm2、尤其大约12.5至15.9mm2的横截面，其中，出口开口的横截面小于或等于电极在该电极的柱形区段的区域中的横截面，从而均匀保证在变尖的电极处的均匀流出。
根据本发明的一个优选实施方式可以设置，中心喷嘴的副流通道的横截面总和约为12至22mm2，尤其约20mm2，使得确保主气流和副气流之间的体积流量的均匀分布。
在本发明的另一有利构型中，副流通道的出口开口横截面与横截面总和之比大致相似，优选为大约4∶5。出于这个原因，气体喷嘴的收缩作用相对较小。取而代之的是，气体喷嘴主要承担针对电极防上升的锌蒸气的保护功能，尤其在焊接镀锌板时。
在本发明的另一有利构型中，气体喷嘴构造为用于作为紧固螺母耦合到中心喷嘴上。以此方式显著简化喷嘴的安装。此外，中心喷嘴的更换也可以特别简单。这是因为，起紧固螺母或者说防松螺母作用的气体喷嘴(其可能具有内螺纹)在更换时被套到中心喷嘴上并借助焊炬体的相应外螺纹与焊炬体连接。在更换中心喷嘴时，例如在喷嘴有缺陷或磨损的情况下，气体喷嘴通过螺纹被松开和移除，使得可以简单地将要更换的中心喷嘴从焊炬体取出。为了更容易取出，中心喷嘴的环形面可以设置附加的扳手面。在将新的中心喷嘴装入焊炬体中后，将气体喷嘴再旋拧到焊炬体的螺纹上并紧固。由此，中心喷嘴被压入焊炬体的锥形座中并实现优化的热传递。
按照本发明的第一独立构思，设置带有本发明焊炬体的焊炬。
在本发明的另一独立构思中，提出一种用于至少一个工件的热接合、尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊的方法，具有用于在电极和工件之间产生电弧的非熔化式电极。还设置有保护气流，该保护气流从无电势的前喷嘴流出。保护气流被分为直接围绕电极的主气流和在焊炬体前端部出现的副气流，其中，副气流在气体出口处环形地围绕主气流。
在本发明的另一独立构思中，设置用于至少一个工件的热接合、尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊的接合装置。接合装置具有机器引导的焊炬，用于在布置于其中的非熔化电极、尤其钨电极与工件之间产生电弧。此外，接合装置可以具有前面描述的焊炬体。
此外，根据本发明的接合装置具有用于将焊炬更换为新焊炬的焊炬更换装置并具有触觉式焊缝引导***。位置检测器布置成相对于工件可移动并且与焊炬隔开距离，其中，焊炬耦合到到触觉式焊缝引导***上。
根据本发明，焊炬可以被置于相对于位置检测器运动到至少一个用于热接合工件的工作位置和用于将焊炬更换为新焊炬的焊炬更换位置。
为了优化工艺流程时间并使焊炬的停机时间最少，可以换焊炬，尽管可能只是焊炬的磨损的或由缺陷的电极和/或喷嘴应该换。
由于在由热引起填充材料软化的同时对填充材料施加力，因此必须使自由的丝端部保持尽可能短，由此，热接合装置的通常不活动地布置的位置检测器布置成非常靠近焊炬的前端部。该距离通常仅为几毫米。出于该原因，在手动或自动更换焊炬时可能在焊炬和位置检测器之间发生碰撞。由于位置检测器可以具有出口开口，通过该出口开口可以将用于熔焊或钎焊的填充材料直接带到焊炬头附近，因此在焊炬和填充材料之间也可能发生碰撞，例如由于未完全缩回的填充丝所致。这些碰撞可能引起焊炬和/或触觉式焊接引导装置的损坏。
与手动更换电极或其他焊炬部件(例如前喷嘴)相比，该焊炬更换是有利的，因为前喷嘴和电极均不必手动去除和更换。相反，焊炬与电极和喷嘴一起更换，导致热接合装置的更少的停机时间。
例如可以设置一个库，其包含大量新的焊炬，在需要时可以借助自动或手动方法来使用该库，以更换有缺陷的或磨损的焊炬，例如通过抓取臂，该抓取臂经由耦合装置耦合到焊炬上并可以这种方式输送焊炬。
触觉式焊缝引导***还可以附加地装备有朝着焊炬方向的另一保护气体供应装置。
借助于位置检测器还可以将安装在检测器前端部上的沿着要连接的工件的接合部位运动的传感器的当前位置经由控制单元传递给致动器，该控制单元控制接合装置的运动。接合装置本身可以具有附加致动器，该附加致动器与机器人控制装置相比可以实现触觉式焊缝引导***的更精确的运动。
在工作位置，触觉式焊缝引导***沿着要熔焊或要钎焊的焊缝运动。在与此隔开短距离处，焊炬运动并“跟踪”焊缝引导***，由此限定焊炬的预给定工作方向，在该工作方向上，焊炬端部紧邻地靠近触觉式焊缝引导***并跟随该***。
在更换位置，焊炬和焊缝引导***之间的尤其沿着工作方向的距离增大，其方式是，焊炬逆着工作方向从焊缝引导***离开地运动。
一旦焊炬和触觉式焊缝引导***之间的距离增大，就可以取下要更换的焊炬并用新焊炬替换。可以设置为了更换而将用过的焊炬与焊接能量、尤其与保护气体管路、电能和冷却介质脱耦的器件，例如机器人的抓取臂。然后将焊炬从触觉式焊缝引导***移开，例如大致平行于焊炬的纵向方向地向更换器的方向运动，使得焊炬最终可以被取出而不会与焊缝导向***碰撞。
在本发明的第一有利扩展方案中，设置可移动的滑座用于定位耦合在滑座上的焊炬，以便将该焊炬用新焊炬更换。为了避免焊炬和位置检测器或触觉式焊缝引导***之间发生碰撞，借助滑座使焊炬向更换器方向并从而离开位置检测器和触觉式焊缝引导装置地运动。滑座是必要的，因为填充材料导入装置和触觉式焊缝引导***的焊缝传感器相对于焊炬刚性地、也就是说不能运动地布置，使得导入装置在焊炬更换过程中是障碍并且由于与焊炬的距离很短而可能引起焊炬和/或触觉式焊缝引导装置的碰撞和损坏。
在本发明的扩展方案中，滑座以电动、气动或液压方式运行，从而确保对滑座的精确控制。
在本发明的另一种变型中，滑座具有用于保持焊炬的焊炬保持器和/或用于导入焊接能量的耦合装置。该焊接能量尤其是电能和用于冷却介质以及保护气体的导入管线。在更换焊炬时，必须将用于连接用于引导焊接能量通过焊炬体的管线的相应联接器简单地解锁和锁定，以便可以快速、清洁且安全地更换焊炬。
根据本发明的优选实施方式，焊炬至少在工作位置被锁定。为了达到熔焊或钎焊过程的特别高的精度，必须通过控制装置精确地移动到焊炬的各个位置。为了避免不精确性，焊炬至少在工作位置中被锁定。在本发明的意义上还可以想到，焊炬在其他位置、例如在更换位置可以被锁定。
在本发明的一个有利构型中，焊炬仅能在工作位置和更换位置之间运动和反向运动。这也进一步提高接合装置的精度。此外提高了该装置的节拍频率。因为通过仅能移动到两个位置可以减少装置的功能故障并从而减少装置的停机。这两个位置可以构造为稳定位置。
在本发明的另一有利构型中，焊缝引导***具有尤其布置在位置检测器上的出口开口，通过该出口开口可以输出用于电弧钎焊或电弧熔焊的填充材料。填充材料例如可以是熔焊丝或钎焊丝。因此，焊缝引导***满足双重功能。一方面用作填充材料输出装置，另一方面用作触觉式测量***。
根据本发明的优选实施方式，焊缝引导***的远端端部紧邻地布置在焊炬前端部附近。由此得到该装置的特别紧凑的结构方式。
本发明的其他目的、优点、特征和应用可能性由下面参考附图对实施例的描述得出。在此，所有文字描述和/或附图示出的特征单独地或以任何有意义的组合地形成本发明的主题，与它们在权利要求中的概括或权利要求的引用关系无关。
附图中部分地示意性示出：
图1用于热接合至少一个工件的焊炬体，具有中心喷嘴和气体喷嘴，
图2焊炬体在俯视图(a)、侧视图(b)中的和作为剖面图(c)细节视图，
图3中心喷嘴在俯视图(a)、侧视图(b)中的和作为剖面图(c)细节视图，
图4气体喷嘴在俯视图(a)、侧视图(b)中的和作为剖面图(c)细节视图，
图5a接合装置在工作位置中在第一侧视图中的示意性图示，
图5b接合装置在工作位置中在另一侧视图中的示意性图示，
图6接合装置在更换位置中的示意性图示和
图7接合装置连同取出的焊炬的示意性图示。
在下面借助实施方式示出的附图中，相同或功能等同的构件设置有附图标记，以改善可读性。
从图1得知焊炬体10，引用热接合至少一个工件11，尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊，具有布置在所述焊炬体10中非熔化电极1，尤其是钨电极，用于在电极1和工件11之间产生电弧。
在本发明的当前实施方式中，电极1大致与焊炬体10齐平地终止，即，该电极与焊炬体10与焊炬体10的其他构件一起形成焊炬体的前端部18。在本发明范围内还可以设置，电极1形成焊炬体10的面向工件11的远端端部9并且超过焊炬体10的其他构件朝向前端部18突出。替代地也可以想到，喷嘴的至少一个部分形成焊炬体10的面向工件11的远端端部9并且电极1相对于该端部9缩回，尤其缩回约0.5至1.5mm。
电极1可以具有基本柱形的区段21和/或面向工件的尖端部22。
如图1所示，设置有借助内部绝缘体8与电极1在电势上绝缘的或者说无电势的前喷嘴3，用于保护气流从燃烧器的气体出口13流出。内部绝缘体8可以例如由陶瓷材料组成或包含陶瓷材料。
从图1可以看到外部绝缘装置19，用于将使用者能够从外部触及到的焊炬构件、尤其焊炬体构件与焊炬内部的有电势构件电隔离。此外，通过外部绝缘装置19阻止电弧从电极1偏移。
前喷嘴3具有至少一个副流通道5，用于将惰性气体流分为主气流14和副气流15。此外，副气流15在气体出口13处环形地围绕主气流14。保护气体可以具有氩气或氦气或两者的组合为主要成分。附加地可以少量混合有氧气、二氧化碳和/或氢气作为次要成分。
如从图1以及图2a至2c和3a至3c中可以看出的那样，多个副流通道5布置在前喷嘴3的圆周侧上，优选相对于前喷嘴3的纵轴线20成10°至30°的向外指向的口部角度地布置。
在图1中示出用于冷却焊炬体10的冷却体6，其当前具有用于引导冷却介质的冷却通道12。还可以设置，一部分保护气体流被引导通过这些通道12以冷却焊炬体10。
图1和2示出，前喷嘴3在本实施方式中为两件式构造，具有中心喷嘴2和气体喷嘴4。在本发明的意义上还可以想到，前喷嘴3为一体式构型。
图3a至3c示出了中心喷嘴2的详细视图。图3a示出了中心喷嘴2的俯视图，图3b示出了侧视图，图3c示出了中心喷嘴2的截面图。保护气流的主气流14从中心喷嘴2的内部出口7出来。
从图3a至3c看出中心喷嘴2的细节视图。图3a示出俯视图，图3b示出侧视图，图3c示出中心喷嘴2的剖视图。保护气体流的主气流14从中心喷嘴2的内部出口开口7出来。
从图4a至4c可以看出气体喷嘴4的类似视图。
在中心喷嘴2和气体喷嘴4之间构成环形间隙17，用于均化和引导副气流15。如图2a至2c所表明的那样，气体喷嘴4在副流通道5的外部出口开口16的端部处至少部分地与中心喷嘴2在圆周上重叠，以形成环形间隙17。
保护气体在中心喷嘴2处从环形间隙17中出来。副流通道5通入到外部出口开口16中。中心喷嘴2具有环形面23，该环形面用于将中心喷嘴2在轴向上形状锁合地固定在焊炬体10上。环形面23可以附加地设置有扳手面，用于更好地从焊炬体的锥形压配合中松脱出来。各个离散的副流通道5的口部大致在环形间隙17中的环形面23的高度处并朝着工件11的方向从该环形间隙出来。
中心喷嘴2可以由铜或铜合金构成和/或气体喷嘴4由黄铜或黄铜合金构成。
从图4a至4c还可以看出，用于耦合到中心喷嘴2上的气体喷嘴4可以构造为紧固螺母。因此，中心喷嘴2满足双重功能，其方式是，它一方面与气体喷嘴4一起形成环形间隙17，另一方面在装配焊炬体10时用作紧固器件，以便将中心喷嘴2紧固在焊炬体10上。在紧固时，将气体喷嘴4套到中心喷嘴2上，直到气体喷嘴4的内螺纹24啮合到焊炬体10的外螺纹25中。环形面23形成中心喷嘴2的止挡，在将喷嘴拧紧时气体喷嘴4朝向焊炬体10的方向对该止挡施加力。
中心喷嘴2的出口开口7可以具有大约13至20mm2尤其大约16mm2的直径。气体喷嘴4的副流通道5的横截面总和可以为大约18至22mm2，尤其约20mm2。在本示例中例如设置有八个副流通道5，但该数量可以变化。
为了确保特别有利的保护气体分布，出口开口7的直径与副流通道5的横截面总和的比可以近似，尤其约为4；5。
图5a至图7示出了接合装置100，带有机器引导的焊炬200，200'，例如具有上述焊炬体10，用于在布置在其中的非熔化电极I、尤其钨电极与工件11之间产生电弧。
焊炬更换装置300设置为用于用新焊炬200替换焊炬200'。在这种情况下，可更换的焊炬200可以具有更换接口。
触觉式焊缝引导***900具有位置检测器901，其布置成相对于工件11可运动并且与焊炬200隔开间距。位置检测器901确定安装在位置检测器901的前端部上的测量传感器的当前位置，该测量传感器沿着要连接的工件11的接合部位运动。焊炬200可被置于相对于位置检测器901运动到至少一个用于使工件11和焊炬200热接合的工作位置500中以及用于将要更换的焊炬200与新的焊炬200'替换的更换位置400中。
如图1进一步示出，由于热接合装置100的结构尺寸，通常不可动地布置的位置传感器901的远端端部903非常靠近地布置在燃烧器200的前端部201处，即仅距离几毫米。因此，在更换焊炬时可能在燃烧器200、200'和位置检测器901之间发生碰撞。
位置检测器901可以具有导入装置904，其具有出口开口902，通过该出口开口将用于熔焊或钎焊的填充材料700带入紧邻焊炬头的附近。填充材料700例如可以是熔焊丝或钎焊丝。焊丝可以无电势地作为冷焊丝或有电位地作为热焊丝被导入。
因此，当更换焊炬时，也可能在焊炬200、200和填充材料700之间发生碰撞，例如由于未完全缩回的填充焊丝。这些碰撞可能引起焊炬200损坏。
触觉式焊缝引导***900因此承担双重功能。一方面，它具有用于确定焊炬200相对于待熔焊或待钎焊的焊缝的对应位置的位置检测器901。另一方面，触觉式焊缝引导***900还设置导入装置904用于引导填充材料。
图5a在侧视图中的、图5b在另一侧视图中示出接合装置。在图5a和5b两者中示出的工作位置500中，触觉式焊缝引导***900沿着待熔焊或待钎焊的焊缝运动。为此，焊炬200隔开小的距离或者在相同的位置运动并且跟踪焊缝引导***900，从而由此限定焊炬200的预给定工作方向。
在根据图6和图7所示的更换位置400中，焊炬200和焊缝跟踪***900之间的距离尤其沿着工作方向增大，其方式是，焊炬200逆着工作方向离开触觉式焊缝引导***900地运动。
一旦焊炬200和触觉式焊缝引导***900之间的距离增大，就可以将要更换的焊炬200取出并用新焊炬200'替换。图7示出装置100连同取出的焊炬200、200'。可以设置使用过的焊炬200为了更换而与焊接能量、尤其与用于保护气体、电能和冷却介质的管线脱耦的器件，例如机器人的抓取臂。然后使焊炬200'离开触觉式焊缝引导***900地运动，例如大致平行于焊炬200的纵向方向地向未示出的更换器的方向运动，使得焊炬最终可能被取出而不与焊缝引导***900碰撞。
为了能够实现焊炬200和式焊缝引导***900之间的期望距离，设置可移动的滑座600用于定位耦合到滑座600上的焊炬200以便将要更换的焊炬200用新的焊炬200'替换。图5a至图7示出这样的焊炬。为了避免焊炬200与导入装置904之间的碰撞，焊炬200借助滑座600朝向更换器方向并且从而离开导入装置904地运动。滑座600是必要的，因为用于填充材料700的导入装置904和触觉式焊缝引导***900的测量传感器相对于焊炬200刚性地、即不动地布置，使得导入装置904在更换焊炬200的过程中障碍并且由于与焊炬200的距离非常小而可能引起焊炬的碰撞和损坏。
滑座600可以电动地、气动地或液压地运行。
滑座600具有用于保持焊炬200的焊炬保持装置601和/或用于耦合用于引导保护气体穿过焊炬体10的管线的气体耦合装置602和/或用于耦合作为所谓水电缆线用于引导冷却介质和焊接能量穿过焊炬体10的耦合装置603。焊炬保持装置601确保简单的解锁和锁定，以便能够快速安全地实现焊炬200、200'的更换。
焊炬200可以在工作位置500和更换位置400之间运动以及反向运动。也可以想到，焊炬200仅在这两个位置之间运动。为了能够实现熔焊工艺或钎焊工艺的特别高的精度，必须通过控制装置精确地移动到焊炬200的各个位置。为了避免不精确性，焊炬200可以至少在工作位置500和/或更换位置400中被锁定。
附图标记列表清单
1 电极
2 中心喷嘴
3 前喷嘴
4 气体喷嘴
5 副流通道
6 冷却体
7 内部出口开口
8 内部绝缘体
9 远端端部
10 焊炬体
11 工件
12 冷却通道
13 气体出口
14 主气流
15 副气流
16 外部出口开口
17 环形间隙
18 前端部焊炬体
19 外部绝缘装置
20 纵轴线前喷嘴
21 柱形区段电极
22 尖端部电极
23 环形面
24 内螺纹气体喷嘴
25 外螺纹焊炬体
26 截锥形平台电极
100 接合装置
200 焊炬
200' 焊炬
201 前端部焊炬
300 焊炬更换装置
400 更换位置
500 工作位置
600 滑座
601 焊炬保持装置
602 耦合装置保护气体
603 耦合装置冷却介质和焊接能量
700 填充材料
900 触觉式焊缝引导***
901 位置检测器
902 出口开口
903 远端端部
904 导入装置

Claims (25)

1.焊炬体(10)，用于热接合至少一个工件(11)，尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊，具有布置在该焊炬体(10)中的非熔化式电极(1)，尤其是钨电极，用于在电极(1)和工件(11)之间产生电弧，具有无电势的前喷嘴(3)，用于使保护气体流从气体出口(13)流出，其特征在于，所述前喷嘴(3)具有中心喷嘴(2)和气体喷嘴(4)，其中，所述前喷嘴(3)具有至少一个副流通道(5)，用于将保护气体流分为主气流(14)和副气流(15)，其中，副气流(15)在所述气体出口(13)处环形地围绕主气流(14)。
2.根据权利要求1所述的焊炬体(10)，其特征在于，多个副流通道(5)布置在所述前喷嘴(3)的周边上，优选相对于所述前喷嘴(3)的纵轴线(20)成10°至30°的向外指向的口部角度地布置。
3.根据权利要求1或2所述的焊炬体(10)，其特征在于，所述电极(1)形成所述焊炬体(10)的面向工件(11)的远端端部(9)或与该端部大致平齐地终止。
4.根据权利要求1或2所述的焊炬体(10)，其特征在于，所述前喷嘴(2)形成所述焊炬体(10)的面向工件(11)的远端端部(9)并且所述电极(1)相对于所述远端端部(9)缩回，尤其缩回大约0.5到1.5毫米。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，电极(1)具有基本柱形的区段(21)和/或面向工件的尖端部(22)，该尖端部带有或不带有截锥形平台(26)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，设置有用于冷却所述焊炬体(1)的冷却体(6)，尤其是，所述冷却体(6)具有用于引导冷却介质的冷却通道(12)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，所述前喷嘴(3)构造为两件式。
8.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，内部电绝缘体(8)使所述前喷嘴(3)与所述电极(1)电绝缘。
9.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，在中心喷嘴(2)和气体喷嘴(4)之间形成环形间隙(17)，用于均化和引导副气流(15)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，所述中心喷嘴(2)具有所述副流通道(5)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，所述气体喷嘴(4)在所述副流通道(5)的出口开口(16)的端部处在圆周上至少部分地与中心喷嘴(2)重叠，以形成环形间隙(17)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，所述中心喷嘴(2)具有出口开口(7)，所述出口开口具有约5至22mm2、尤其约12.5至15.9mm2的横截面，其中，所述出口开口(7)的横截面小于或等于电极(1)在柱形区段(21)区域内的横截面。
13.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，中心喷嘴(2)的副流通道(5)的横截面总和约为12至22mm2，尤其约20mm2。
14.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，所述出口开口(7)的横截面与副流通道(5)的横截面总和相比是近似的，优选为约4：5。
15.根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)，其特征在于，气体喷嘴(4)构造为紧固螺母用于耦合到中心喷嘴(2)上。
16.焊炬，具有根据前述权利要求中任一项所述的焊炬体(10)。
17.用于将至少一个工件(11)热接合、尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊的方法，利用非熔化式电极(1)，用于在电极(1)和工件(11)之间产生电弧，利用从无电势的前喷嘴(3)流出的保护气体流，其中，该保护气体流被分成直接围绕电极(1)的主气流(14)和在焊炬体(10)的前端部(18)处出来的副气流(15)，其中，副气流(15)在气体出口(13)处环形地围绕主气流(14)。
18.用于将至少一个工件(11)热接合、尤其用于电弧熔焊或电弧钎焊的接合装置(100)，具有机器引导的焊炬(200)，用于在布置于其中的非熔化式电极(1)、尤其钨电极和工件(11)之间产生电弧，优选具有根据权利要求1所述的焊炬体(10)，以及具有焊炬更换装置(300)，用于将焊炬(200)更换为新焊炬(200')，并且具有触觉式焊缝引导***(900)，该焊缝引导***带有位置检测器(901)，该位置检测器布置成相对于工件(11)可运动并且与焊炬(200)隔开距离，其中，焊炬(200)耦合到触觉式焊缝引导***(900)上并且焊炬(200)能够被置于相对于位置检测器(901)运动到至少一个热接合工件(11)的工作位置(500)中和用于将焊炬(200)更换为新焊炬(200')的更换位置(400)中。
19.根据权利要求18所述的接合装置(100)，其特征在于，设置有可移动的滑座(600)，用于定位耦合在所述滑动架(600)上的焊炬(200)，以将所述焊炬(200)更换为新焊炬(200')。
20.根据权利要求19所述的接合装置(100)，其特征在于，所述滑座(600)电动地、气动地或液压地运行。
21.根据权利要求19或20所述的接合装置(100)，其特征在于，所述滑座(600)具有用于保持所述焊炬(200)的焊炬保持装置(601)和/或用于导入保护气体的耦合装置(602)和/或用于导入冷却介质和焊接能量的耦合装置(603)。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的接合装置(100)，其特征在于，所述焊炬(200)至少在所述工作位置(500)中被锁定。
23.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置(100)，其特征在于，焊炬(200)仅能在工作位置(500)和更换位置(400)之间运动和反向运动。
24.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置(100)，其特征在于，所述焊缝引导***(900)具有尤其布置在位置检测器(901)上的出口开口(902)，通过该出口开口能够输出用于电弧熔焊或电弧钎焊的填充材料(700)，尤其冷焊丝或热焊丝，和/或输出附加的保护气体。
25.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置(100)，其特征在于，所述焊缝引导***(900)的远端端部(903)布置成紧邻焊炬(200)的前端部(201)附近。
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