專利名稱：自清潔焊接噴嘴的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于氣體保護金屬極電弧焊(GMAW)的焊接噴嘴類型，其中焊接噴嘴 用于給弧焊操作提供保護氣體。更具體地，本發(fā)明涉及一種具備自清潔特征的具有疊層結 構的焊接噴嘴。
背景技術：
氣體保護金屬極電弧焊(GMAW)非常普遍地用于焊接各種類型的金屬，其中弧焊 設備與保護氣設備相結合，保護氣設備用于在焊接部位提供氣體保護。保護氣體可以是諸 如氬氣或氦氣的惰性氣體、諸如二氧化碳的大體不反應的氣體、或者它們的組合物，保護氣 體包括其它氣體，例如氧氣。保護氣體的選擇通常取決于被焊接的金屬的類型。
如本領域公知的，GMAW設備利用供給到焊條的電流源，該電流源通常為直流電源 (D. C.)。電流從焊條的頂部流到與焊條頂部隔開一段較短距離的工件，在該位置對工件進 行焊接，同時保護氣體充斥焊接點的周圍。為了以安全且有效的方式進行GMAW，使用提供用 戶控制或機器人控制的焊槍，該焊槍包括GMAW噴嘴，在GMAW噴嘴處設有焊條和用于保護氣 體的輸送孔。在美國專利4， 954， 690和美國專利7， 105， 775中例舉了焊槍示例。
轉而參照圖1A至圖IC，將描述典型的GMAW噴嘴的細節(jié)。 如圖1A和圖IB中大體示出的，GMAW噴嘴組件10包括通過螺紋部10a可拆除地 連接到焊槍的鵝頸部件14的GMAW噴嘴12。 GMAW噴嘴12包括具有開口端16a的大體為圓 筒形的保護殼體16。鵝頸部件14包括內部焊條進給件18，具有從保護殼體的開口端突出 的焊條頂部20a的線狀焊條20連接到該內部焊條進給件；焊條接觸管22，其用于將焊接電 流輸送到焊條；以及保護氣體通路24，其包括連通孔24a，保護氣體G經由該連通孔被輸送 到保護殼體16，從而在噴嘴的開口端16a處流動地離開噴嘴。 如圖1C所示，在GMAW噴嘴組件10工作一段時間之后，保護殼體的內部保護表面 16b積聚有堵塞開口端16a的焊渣26。該狀況非常麻煩，因為它不僅限制或誤導保護氣體 的涌流，而且它會對焊條的正常功能產生負面影響。這些問題中的任一問題都會對提供給 工件的焊接質量產生負面影響。因此，需要定期維護系統(tǒng)來清理積聚的殘渣，并在殘渣不能 被清理時更換GMAW噴嘴。定期保養(yǎng)噴嘴防護件的需要致使成本提高，包括GMAW的停用時 間也增加。 因此，本領域仍需要提供一種不具有如現(xiàn)有技術的GMAW噴嘴現(xiàn)在所遭受的焊渣 積聚缺點的GMAW噴嘴組件。

發(fā)明內容
本發(fā)明是一種不具有如現(xiàn)有技術GMAW噴嘴現(xiàn)在所遭受的焊渣積聚缺點的GMAW噴 嘴組件，其中GMAW噴嘴的內表面的特征在于疊層組，在操作過程中該疊層組的層接連地脫 離，從而連續(xù)地提供清潔的GMAW噴嘴內表面。 根據(jù)本發(fā)明的自清潔GAW噴嘴的特征在于，噴嘴的內表面設置有疊層組，疊層組
3優(yōu)選地由連續(xù)交替的金屬層和熱敏粘結材料層組成。合適的疊層組的非限制性示例是由同 心的銅層構成的層列，該同心的銅層之間插入同心的熱敏聚合物層，并通過同心的熱敏聚 合物層相鄰地粘結。 在該自清潔GMAW噴嘴的操作中，在使用一段時間之后，焊渣開始積聚在保護殼體 的內表面上，根據(jù)本發(fā)明，保護殼體的內表面是疊層組的最外金屬層。隨著焊接熱量持續(xù)相 同的時間階段，最外粘結材料層對最外金屬層和相對設置的相鄰(下一最外)金屬層的粘 附解除(即，粘結失效)。這樣一來，最外金屬層脫離并在流動的保護氣體的作用下被吹出 自清潔GMAW噴嘴，由此露出恰好在下面的金屬層，S卩，之前的下一最外金屬層，該下一最外 金屬層此時為沒有焊渣的新的最外金屬層。該過程持續(xù)至所有金屬層接連地露出，之后便 需要更換自清潔噴嘴。 因此，本發(fā)明的目的是提供一種自清潔GMAW噴嘴，其特征在于，噴嘴護罩的內表 面設置有疊層組，疊層組為交替的金屬層和粘結材料層，其中焊接熱量作用于當前的最外 粘結層，從而使它的粘性失效并使最外金屬層脫離，露出在最外金屬層下面的沒有焊渣的 下一金屬層。 通過下面對優(yōu)選實施例的說明，本發(fā)明的這些以及其它目的、特征和優(yōu)點將變得
更清楚。


圖1A是現(xiàn)有技術中使用的GMAW噴嘴組件的側視圖。 圖1B是沿圖1的線1B-1B剖開的現(xiàn)有技術GMAW噴嘴組件的剖面?zhèn)纫晥D。 圖1C是如圖1B的現(xiàn)有技術GMAW噴嘴組件的剖面?zhèn)纫晥D，其中由于一段時間的操
作焊渣此時殃及噴嘴防護件。 圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的自清潔GMAW噴嘴的GMAW噴嘴組件的剖面?zhèn)纫晥D。
圖3是沿圖2的線3-3剖開的剖視圖。
圖4是沿圖3的線4-4剖開的局部剖視圖。 圖5A是包括根據(jù)本發(fā)明的自清潔GMAW噴嘴的GMAW噴嘴組件的剖面?zhèn)纫晥D，其中
在一段時間的操作之后焊渣開始積聚在噴嘴防護件的內表面處。 圖5B是圖5A的圓圈5B處的局部剖視圖。 圖5C是與圖5B相似的視圖，其中此時最外金屬層已按照本發(fā)明的方法與疊層組 分離。 圖6A是圖5A的GMAW噴嘴組件的剖面?zhèn)纫晥D，其中，根據(jù)如圖5C示出的本發(fā)明的 方法，下一最外金屬層此時為新的最外金屬層，由此在噴嘴護罩的新的內表面處不存在焊 渣。 圖6B是圖6A的圓圈6B處的局部剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖，圖2至圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的自清潔GMAW噴嘴100的多個方面。 如圖2至圖4中通過示例示出的，根據(jù)本發(fā)明的自清潔GMAW噴嘴100形成GMAW
4噴嘴組件102的組成部分。 通過示例的方式，GMAW噴嘴組件102包括焊槍的鵝頸部件104，該鵝頸部件在本領 域中是已知的，但不一定是圖1A至圖1C中示出的類型。鵝頸部件104包括諸如內部的焊 條進給件106，線狀焊條108連接到內部的焊條進給件106 ;焊條接觸管IIO，其用于將焊接 電流輸送到焊條；以及保護氣體通路112，其包括連通孔112a，經由該連通孔112a流動地輸 送保護氣體G'。 本發(fā)明的自清潔GMAW噴嘴IOO通過螺紋部114可拆除地附接到鵝頸部件104。自 清潔的大體為圓筒形的保護殼體116包圍焊條108和焊條接觸管110，保護殼體116具有開 口端116a，焊條頂部108a從開口端116a中突出。如圖3所示，前述部件同軸地設置。
具體地說，關于本發(fā)明的自清潔方面，保護殼體116的內部保護表面116b的特征 在于疊層組118，疊層組118置于凹陷的內部保護表面116c處并具有諸如延伸超過保護殼 體的實體部分厚度的厚度。作為非限制性示例，如果保護殼體的總體平均壁厚d約為3mm， 則疊層組的總厚度t約為0. 5到1. 5mm。疊層組118的軸向長度L包括內部保護表面116b
的焊渣有可能積聚在其上的所有表面，該長度可能長于或短于與圖中示出的長度。對此，軸 向長度L也要考慮焊接熱對最外粘結層的影B向，如在下面所述的，最外粘結層將全部用于
提供最外金屬層脫離的預期時間。 疊層組118優(yōu)選地由連續(xù)交替的層組成，這些層包括多個金屬層M-例如由金屬 層Ml、 M2、 . . . Mn構成和多個插入金屬層之間的熱敏粘結材料層B-例如由粘結材料層Bl、 B2、. . . Bn構成，其中基于諸如尺寸因素和自清潔噴嘴將要執(zhí)行的預期焊接工作周期來選擇 層數(shù)n。粘結層B用于使各個鄰接的金屬層M相互粘附到其上，并由此將疊層組118粘附到 一起形成一個整體，并將疊層組粘附到凹陷的內部保護表面116c。 適于金屬層M的金屬的一個示例為銅，但也可使用其它金屬；材料的選擇通常取 決于將使用自清潔噴嘴100的焊接操作的類型。適于粘結材料層B的粘結材料的一個示例 是熱敏聚合物粘合劑。例如，依據(jù)應用及為金屬層選擇的金屬，粘結材料層B的粘合分離溫 度可在大約300到600華氏溫度的范圍內。熱敏聚合物是公知的，并可從新澤西的哈肯薩 克市的Master Bond公司獲得。 通過示例，疊層組118可通過層壓技術領域中的任何已知方式制成，例如通過浸 漬、噴涂、擠壓成形、高溫層壓、輥壓等。作為非限制性示例，每個金屬層M的厚度可在大約 50與200微米之間。作為非限制性示例，每個粘結材料層B的厚度可在大約10與50微米 之間。金屬和粘結材料層各自厚度的選擇可能另外取決于諸如材料的選擇、噴嘴尺寸以及 預期焊接類型。 現(xiàn)在將另外參照圖5A至圖6B詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的自清潔GMAW噴嘴100的操作。 如圖5A和圖5B所示，在使用自清潔GMAW噴嘴100 —段時間(在這段時間內進行 焊接)之后，焊渣130開始積聚在保護殼體116的內部保護表面116b上，根據(jù)本發(fā)明，內部 保護表面116b最初為疊層組118的最外金屬層M1。隨著焊接熱持續(xù)相同的時間階段，熱量 傳遞經過最外焊接層并加熱最外粘結材料層Bl。 如圖5C至圖6B所示，當在焊接熱持續(xù)預定時間(該時間可通過經驗確定)之后 最外粘結材料層Bl變熱并達到它的分離溫度時，最外粘結材料層Bl對最外金屬層Ml和相對設置的相鄰(下一最外)金屬層M2的粘附解除，該時間包括熱量作用于距開口端116a 最遠的最外粘結材料層的部分所需的時間。 在最外粘結材料層B1的粘性消除時，最外金屬層M1脫離并在流動的保護氣體G' 的作用下諸如沿箭頭A被吹出，由此露出恰好在下面的金屬層，S卩，之前的下一最外金屬層 M2，此時金屬層M2為圖6A和圖6B中示出的沒有焊渣的新的最外金屬層116b'。疊層組 118'此時比之前少了一個金屬層和一個粘結材料層，其中對最外粘結材料層B1而言，其可 隨最外金屬層Ml (未示出) 一起離開，或者可部分地殘留在新的最外金屬層M2的表面上， 在新的最外金屬層M2上焊接熱使最外粘結材料層Bl快速地消逝。該過程持續(xù)至所有金屬 層Ml至Mn接連地露出，之后便需要更換自清潔噴嘴。 對于本發(fā)明所屬領域的技術人員而言，可對上面描述的優(yōu)選實施例進行修改和變 型?？稍诓黄x本發(fā)明的范圍的情況下實施這些修改和變型，本發(fā)明的范圍僅由所附權利 要求的范圍限定。
權利要求
一種噴嘴，包括大體為圓筒形的保護殼體，其具有內部保護表面和開口端，所述保護殼體具有鄰近所述開口端的凹陷的內部保護表面；以及疊層組，其粘附到所述保護殼體的所述凹陷的內部保護表面，所述疊層組鄰近所述開口端并從所述開口端延伸預定的軸向長度；其中，所述疊層組包括連續(xù)交替的、同軸設置的第一材料層和熱敏粘結材料層；
2. 如權利要求1所述的噴嘴，其中，所述第一材料包括金屬。
3. 如權利要求2所述的噴嘴，其中，所述金屬包括銅，并且其中所述熱敏粘結材料包括 熱敏聚合物。
4. 一種用于氣體保護金屬極電弧焊設備的自清潔噴嘴，該自清潔噴嘴包括 大體為圓筒形的保護殼體，其具有內部保護表面和開口端，所述保護殼體具有鄰近所述開口端的凹陷的內部保護表面；以及疊層組，其粘附到所述保護殼體的所述凹陷的內部保護表面，所述疊層組鄰近所述開 口端并從所述開口端延伸預定的軸向長度；其中，所述疊層組包括連續(xù)交替的、彼此同軸設置的第一材料層和熱敏粘結材料層；并且其中，選擇所述粘結材料的熱敏感度，從而使得在通過焊接設備焊接的過程中焊接熱 量被傳遞通過最外第一材料層，因而熱量導致鄰近的粘結材料層的粘附解除，其中，最外第 一材料層脫離所述疊層組，從而露出新的最外第一材料層。
5. 如權利要求4所述的自清潔噴嘴，其中，所述第一材料包括金屬。
6. 如權利要求5所述的自清潔噴嘴，其中，所述金屬包括銅，并且其中所述熱敏粘結材 料是熱敏聚合物。
7. 如權利要求5所述的自清潔噴嘴，其中，所述疊層組構造為使得連續(xù)的粘結材料層 接連地響應于焊接熱量而失去粘性，由此接連地露出新的最外第一材料層。
8. 如權利要求7所述的自清潔噴嘴，其中，所述金屬包括銅，并且其中所述熱敏粘結材 料是熱敏聚合物。
9. 一種氣體保護金屬極電弧焊設備的氣體保護金屬極電弧焊噴嘴的自清潔方法，包括 如下步驟將多個熱敏粘結材料層和金屬層以彼此同軸的關系連續(xù)層疊在焊接噴嘴的保護殼體 的大體為圓筒形的內部表面上，連續(xù)層疊提供了粘附到所述內部表面的疊層組，最外金屬 層構成所述層疊組的最外表面；利用所述焊接噴嘴和所述氣體保護金屬極焊接設備進行焊接；焊接熱量經由所述最外金屬層傳遞至鄰近的最外粘結材料層；所述最外粘結材料層相對于鄰近的下一最外金屬層的粘附響應于所述熱傳遞步驟而 解除；以及所述最外金屬層響應于所述解除步驟而脫離并離開所述焊接噴嘴； 其中，所述下一最外金屬層變?yōu)樾碌淖钔饨饘賹印?br> 10. 如權利要求9所述的方法，包括重復上述焊接步驟、熱傳遞步驟、解除步驟以及脫 離步驟，直到所有金屬層都脫離。
全文摘要
本發(fā)明涉及自清潔焊接噴嘴。一種自清潔GMAW噴嘴，其特征在于，其內部表面上設置有疊層組，疊層組優(yōu)選地由連續(xù)交替的金屬層和粘結材料層組成。在焊接一段時間之后，焊渣開始積聚在疊層組的最外金屬層上。隨著焊接熱量持續(xù)相同的時間，相鄰粘結層的粘附解除，由此最外金屬層脫離，露出清潔的新的最外金屬層。該過程相繼地重復直到所有金屬層都脫離。
文檔編號B23K9/16GK101745728SQ20091025322
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權日2008年12月11日
發(fā)明者A·D·卡卡萊夫, J·漢普頓 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司