用于將螺柱焊接至工件的套環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及在焊接操作中使用的套環(huán)。更具體地，本發(fā)明涉及一種在螺柱焊接操作中使用的套環(huán)，其中，該套環(huán)具有頸部，該頸部被構(gòu)造成使待焊接的螺柱居中并允許在焊接操作期間加熱的氣體排出，這能夠保存能量并節(jié)省熱量。
【背景技術(shù)】
[0002]長期以來，已經(jīng)在焊接操作中使用套環(huán)。例如，1941年12月30日授予Nelson了發(fā)明名稱為“Welding Organizat1n(焊接組織)”的美國專利N0.2,268,416?！?16專利公開了一種在焊接操作中使用的早前已知的套環(huán)?！?16專利中的套環(huán)(18)將螺柱(11)緊貼地收容在套環(huán)(18)的頸部中。螺柱(11)在套環(huán)(18)中的緊貼配合確保了螺柱(11)將在套環(huán)(18)內(nèi)保持居中，由此確保螺柱(11)與工件的最終焊接將被適當(dāng)?shù)囟ㄎ?例如，不相對于工件設(shè)置成非期望的角度)。螺柱(11)的末端位于套環(huán)(18)的埋頭孔(19)內(nèi)。套環(huán)(18)具有平面工作面(例如，套環(huán)的與工件接觸的表面，螺柱將被焊接到該工件)。埋頭孔(19)的圍繞螺柱(II)末端的部分在螺柱(11)被焊接在軸向水平位置時(shí)防止相當(dāng)大量的熔化材料從弧隙(arc gap)掉落。而且，當(dāng)螺柱(11)的恪化端被推入到工件的弧坑(arc crater)中時(shí)，與工件的表面接觸的套環(huán)(18)形成將熔化材料的徑向飛濺限制在埋頭孔(19)的直徑范圍內(nèi)的封閉體(enclosure)。因而，大部分金屬都被限制為與螺柱(11)的接頭緊密相鄰，結(jié)果，獲得了最大強(qiáng)度的焊接點(diǎn)。
[0003]1947年2月 18 日授予Nelson了發(fā)明名稱為 “Vented Molding Ferrule ForElectric Stud Welding(用于電螺柱焊接的排氣成型套環(huán))”美國專利N0.2，416，204?！?04專利提供了對’416專利中教導(dǎo)的套環(huán)的改進(jìn)。’204專利中的套環(huán)(4)也將螺柱(2)緊密地收容在套環(huán)(4)的頸部中。螺柱(2)的末端也設(shè)置在套環(huán)(4)的埋頭孔(7)內(nèi)。套環(huán)(4)被設(shè)置為用于將流動的、熔化金屬和熱氣體限制于緊緊圍繞螺柱末端的空間內(nèi)的裝置，但是該專利認(rèn)識到對熱氣體的限制不能太靠近焊接點(diǎn)附近，并且該限制不能太完全。’204專利的改進(jìn)之處在于提供了套環(huán)(4)的平面工作面，其具有徑向地橫跨工作面延伸并繞其均勻地間隔開的通道或凹部(18)。通道或凹部(18)的功能是允許在焊接時(shí)形成的熱氣體穿過排氣通道
(18)逸出，而非從一側(cè)或另一側(cè)以偶然的方式吹出和飛濺熱金屬(’416專利的套環(huán)(18)可能發(fā)生這種情況)，結(jié)果，干擾了良好焊接點(diǎn)所需的金屬的均勻和完全融化。由通過釋放和平衡焊接點(diǎn)周圍的腔室內(nèi)的壓力的排氣孔效果促進(jìn)了接頭的強(qiáng)度。
[0004]1950年I月3日授予Evan了發(fā)明名稱為“Ferrule For Welding(用于焊接的套環(huán))”的美國專利N0.2，493，283?！?83專利教導(dǎo)了一種在工作面(10)上不具有通氣孔、而是允許通過貫穿陶瓷套環(huán)的壁(12)設(shè)置的孔或通道來排出加熱氣體的套環(huán)?！?83專利教導(dǎo)了:在希望提供排氣時(shí)，優(yōu)選該排氣不發(fā)生在套環(huán)的邊緣處，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)在期望均勻填角(fillet)時(shí)將導(dǎo)致不規(guī)則的填角。然而，’283專利的套環(huán)仍提供了一種不具有靠近焊點(diǎn)的連續(xù)壁的套環(huán)，此外，’ 283專利的套環(huán)將極難制造(因此，制造起來成本也很高)。壓制粉狀粘土的加工工具將需要具有銷以產(chǎn)生排氣通道，壓模將需要具有多個(gè)部分，所述銷將需要在壓制操作期間延伸和縮回，并且粘土成形模具將需要分為上部和下部。用于產(chǎn)生貫穿套環(huán)壁的排氣孔的銷將進(jìn)一步干擾粘土的壓實(shí)。
[0005]1954年12月6日授予Maras了發(fā)明名稱為“Ferrule(套環(huán))”的美國專利N0.2,788,435。’435專利示出一種套環(huán)(13)，其具有用于焊接矩形螺柱(14)的齒(21)。該齒(21)提供對存在焊弧期間形成的氣體的充分排氣。
[0006]1961 年 10 月 10 日授予 Dash 了發(fā)明名稱為 “Welding Stud And FerruleConstruct1n For Electrical Arc Welding(用于電弧焊接的焊接螺柱和套環(huán)構(gòu)造)”的美國專利N0.3,004,139ο' 139專利與’ 283專利一致，并且教導(dǎo)了在套環(huán)的工作面中具有通道或凹部的缺點(diǎn)。更具體地，’139專利指出:盡管這些通道或凹部確實(shí)允許排出氣體，但它們也允許過量的焊接金屬非期望地流出。過量的焊接金屬的流出通常是熔化金屬飛濺物的形式，它不僅會危害人員，而且也浪費(fèi)了焊接金屬。過量的金屬可能導(dǎo)致套環(huán)從工件升高，這允許熔化的金屬從套環(huán)下方逸出，并因而使套環(huán)(套環(huán)是為了限制該焊接金屬)的目的落空。這種過量焊接金屬的逸出導(dǎo)致令人不滿意的焊接點(diǎn)。例如，圖1和2示出了由于在套環(huán)的工作面中設(shè)置排氣孔而導(dǎo)致的令人不滿意的焊接點(diǎn)，其中，圖1示出了導(dǎo)致形成現(xiàn)有技術(shù)中被稱為焊接莓(weld berrieS)50的焊接操作，并且圖2示出了導(dǎo)致形成現(xiàn)有技術(shù)中被稱為蜘蛛腿(spider legs)55的焊接操作(這兩種產(chǎn)物都需要被清除)。
[0007]與’283專利一樣，’139專利的解決方案是從套環(huán)(30)的工作面(31)移除排氣孔，作為代替，在頸部處具有套環(huán)(30)的孔口(S卩，設(shè)有基本比螺柱(11)的直徑大的直徑的開口
(33))。因而，套環(huán)(33)的開口(30)允許氣體從其中逸出，而所有的焊接金屬實(shí)際上都被限制于套環(huán)(30)的腔室內(nèi)。然而，’139專利的套環(huán)(30)犧牲了確保螺柱(11)相對于套環(huán)(30)和其中容納的熔化焊接金屬的熔池適當(dāng)?shù)鼐又械哪芰Α?br>[0008]1962年2月 13 日授予Van Den Blink等人了發(fā)明名稱為“Stud-Welding Ferrule(螺柱焊接套環(huán))”的美國專利％.3，021，418。’418專利提供了使用用于螺柱焊接的陶瓷套環(huán)(6)而非表面上的排氣孔。套環(huán)(6)與螺柱(3)結(jié)合使用，其中，以圍繞在環(huán)狀套環(huán)本體中相當(dāng)緊密地配合的表面形成毛邊(5)的方式銑出縱向凹槽(4)。由套管(6)的孔口的內(nèi)徑和螺柱(3)的外徑之間的毛邊(5)產(chǎn)生的凹槽和空間將提供用于對焊接期間的熱空氣排氣的通道。然而，’418專利描述了套環(huán)(6)和螺柱(3)之間由于一個(gè)或另一個(gè)上的角度引起的過盈配合，而非允許螺柱焊接過程所需的螺柱(3)在套環(huán)(6)內(nèi)的前后運(yùn)動。
[0009]I 9 6 5 年 5 月 4 日授予 Da s h 了發(fā)明名稱為 “We I d i ng Stud And FerruleConstruct1n For Arc Welding(用于電弧焊接的焊接螺柱和套環(huán)構(gòu)造)”的美國專利N0.3,182,173?！?173專利提供了套環(huán)中的進(jìn)一步的排氣特征件。例如，’ 173專利教導(dǎo)了套環(huán)腔室(24)(例如，套環(huán)(18)的設(shè)置在頸部下方的部分)的圓柱形壁(19)可設(shè)有輔助排氣孔，以允許氣體流出。替代地或者相結(jié)合地，下部套環(huán)腔室(24)的圓柱形壁(19)可以設(shè)有內(nèi)部垂直凹槽(25)，以允許氣體穿過上部釋放開口(22’)流出。在’173專利所示的每個(gè)實(shí)施例中，套環(huán)(18)的頂部(21)(例如，頸部)設(shè)有基本比螺柱(10)的桿部(11)大的同軸開口(22)，以便桿部(11)能夠自由地或?qū)捤傻卮┻^開口(22)并且氣體可容易地流出套環(huán)腔室(24)。因而，與’139專利的套環(huán)(30)—樣，’178專利的套環(huán)(18)犧牲了確保使螺柱(10)相對于套環(huán)
(18)的孔口或腔室適當(dāng)居中的能力。
[0010]1966年12月13日授予Logan了發(fā)明名稱為“Welding Ferrule(焊接套環(huán))”的美國專利N0.3，291，438?！?38專利示出了使用具有下邊緣的陶瓷焊接套環(huán)(10)，該下邊緣具有多個(gè)支撐腿(26)，支撐腿(26)具有從套環(huán)(10)的內(nèi)側(cè)壁(32)延伸至外側(cè)壁(33)的第一壁
(30)和第二壁(31)。支撐腿(26)限定穿過下孔口部(16)的狹槽或開口(36)。除了貫穿表面的排氣孔之外，套環(huán)(10)還在上孔口(I5)的、在上孔口(I5)的整個(gè)長度上徑向地延伸的壁中具有多個(gè)圓周間隔開的排氣孔或V形槽口(23)。因而，’438專利要求結(jié)合套環(huán)(10)的頸部中的多個(gè)凹槽(23)來使用套環(huán)(10)的表面中的多個(gè)排氣孔(36)。
[0011]1978年9月26日授予Sholle了發(fā)明名稱為“Ferrule For Stud Welding(用于螺柱焊接的套環(huán))，，的美國專利N0.4，117，297?！?297專利示出了多種陶瓷套環(huán)，它們?nèi)季哂杏糜趪@接觸面的一部分排氣的槽口，并且在該接觸面的其余部分上不存在排氣孔。在該接觸面的一部分上不存在排氣孔的目的是:當(dāng)焊接至豎直表面時(shí)，由于重力而向焊弧施加不平衡，并且磁弧由于邊緣、長部分和接地連接或電纜的位置而偏吹。’297專利的套環(huán)能夠與偏吹方向相反地通過封閉的排氣孔或較小的腔體定位。’297專利的圖4-6全部示出了用于使螺柱在套環(huán)的上部通道(150、168、186)中居中的肋或突起(154、172、190)。在套環(huán)的頸部中產(chǎn)生的空間是為了實(shí)現(xiàn)從套環(huán)的表面的一部分上一定程度地去除排氣孔。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)中還已知其它的特征，但它們已經(jīng)用在不同類型的焊接操作中。
[0013]迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)中已知的套環(huán)的問題在于，還不存在充分地允許下列每種用途的套環(huán):(I)將焊接金屬限制于套環(huán)腔室的特定直徑內(nèi)；(2)對焊接操作期間膨脹的熱氣體排氣；(3)使螺柱相對于套環(huán)居中；(4)消除焊瘤的金屬與螺柱被焊接在其上的基礎(chǔ)材料相交處的槽口；和(5)防止熔化的焊接金屬在焊接期間被排出。因而，對于克服了所有已知的現(xiàn)有技術(shù)套環(huán)的不足和缺陷的套環(huán)，存在著需求，特別是因?yàn)樵谔篆h(huán)技術(shù)方面已缺乏改進(jìn)，因?yàn)樽罱娜〉脤＠麢?quán)的套環(huán)設(shè)計(jì)(’297專利中描述的涉及)也已超過了三十五(35)年。本申請中公開的特征的組合提供了這種套環(huán)。
【附圖說明】
[0014]通過參考以下結(jié)合附圖進(jìn)行的說明，可以最好地理解本發(fā)