[发明专利]具有耐熔材料加强铜复合物的接触尖端；具有直径减小的前面部分的接触尖端

说明书

技术领域

本发明涉及GMAW(气体保护金属极电弧焊)，MIG(金属极惰性气体)，MAG(金属极活性气体)，SAW(潜弧焊)，或者FCAW(管状焊条电弧焊)焊炬的接触尖端，并且更特别地涉及接触尖端的制作材料。

技术背景

图1中示出的传统焊炬10通常包括连接到焊炬主体的线缆组件，其包括把手11，从把手延伸的颈部，比如鹅颈管12，和在鹅颈管末端的焊炬头部。焊炬头部通常包括固定头和/或喷射器13，接触尖端14，和喷嘴15。焊接焊丝(自耗电极)和保护气体进给通过线缆组件和鹅颈管并到达焊炬头，在焊炬头处焊接焊丝和保护气体排出接触尖端和喷嘴。

常见的金属焊接技术是利用由电弧产生的热量来将工件的一部分转变成熔融状态并且加入来自焊接焊丝的填充金属。能量(比如焊接电流)从线缆组件和鹅颈传送通过包括固定头和接触尖端的焊炬的前端部件并到达自耗电极焊接焊丝。当启动焊炬的启动装置(或者，在焊炬使用遥控装置(robot)系统的情况下，由遥控装置(robot)/自动控制装置赋值(assign)“启动”信号)，电极焊丝便朝向接触尖端推进，在此时电流从接触尖端传导入正在排出的焊接焊丝。在电极焊丝和工件之间形成电流电弧，来闭合电路并且产生充足的热量来熔化电极焊丝以焊接工件。保护气体有助于产生电弧和保护焊接点。随着电极焊丝的消耗并成为焊接点的一部分，新的电极焊丝推进，并不断地替代消耗掉的电极焊丝和保持焊接电弧。

为了在焊接应用中提升焊接速度(即，移动速度)和减少飞溅物的产生，焊接动力源一贯使用由脉冲和可控短路为体现的现代信号波形。这些信号波形通常在短脉冲周期和高电流缓变率(high current ramp rate)时耗费高峰值电流(I_Peak)。

在脉冲焊接应用中，传导经过接触尖端—电极焊丝交界处的高强度焊接电流和高电流缓变率(high current ramp rate)将引起电极焊丝和接触尖端局部熔化或蒸发(例如，电弧腐蚀)。例如，当电极焊丝进给通过接触尖端时，电极焊丝上会形成烧焦痕记。这种在电极焊丝上的烧焦痕迹的图案是现代脉冲信号波形焊接所独有的特征，在恒定电压焊接模式下进给通过接触尖端的电极焊丝上不会看到这种烧焦痕迹的图案。在脉冲焊接应用中，电弧腐蚀会导致接触尖端实质性的损耗，而且实践的数据表明接触尖端在脉冲焊接应用中比在恒定电压焊接应用中会更迅速地损耗。

随着接触尖端的使用和损耗，接触尖端和电极焊丝间的能量传输效率降低。这致使电弧处于较低的能量消耗状态。当能量消耗太低而不能保持平稳的(smooth)焊接电弧时，会出现焊条残头(stubbing)而促使非预期的焊接瑕疵(如冷焊和不连续的焊珠)的产生。

一种用来减缓接触尖端损耗的方法是增加在接触尖端和电极焊丝间的机械接触压力。接触点处的电阻随接触压力的增加而减少。从而，在接触尖端-电极焊丝交界处产生更少的热量和消耗，并且有更少的机会产生如微闪(micro-sparkling)、局部熔化和局部蒸发这样的电弧腐蚀。各种接触尖端和焊炬设计已经提出以提高接触尖端和电极焊丝之间的机械接触。但是，这些设计或者太昂贵而不可商业化，或者太脆弱而不能承受苛刻的焊接环境，例如飞溅物。

发明内容

本发明提供一组耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composites)，其形成焊炬接触尖端的至少一部分。在焊接过程中，接触尖端中的耐熔材料要么当被微弧“烧尽”时消耗大量热量，要么在高焊接温度下保持固体状态来保护接触尖端的矩阵铜或铜合金不被烧尽或粘附到电极焊丝。耐熔材料因此减少接触尖端的损耗。耐熔材料的固体状态还通过降低电极焊丝粘附接触尖端的程度来减少接触尖端内在高温下的进给摩擦力。因此，相比于传统接触尖端而言，介于包括本发明耐熔材料的接触尖端内径和电极焊丝外径之间的空隙可以被制造得更紧(更小)。更特别地，至少内孔的一部分可以具有大约比电极焊丝外径大3.0％到8.0％的内径，并且这部分可以具有大约0.20到0.60英寸的长度。本发明的接触尖端还更能容忍大外径偏差的或大曲率偏差的电极焊丝(也就是，焊丝铸造物(wire cast))

更特别地，根据本发明的焊炬接触尖端包括耐熔材料加强铜复合物(refractory material reinforced copper composite)，其包括大约10％到50％体积百分比的耐熔材料以及铜或铜合金中的至少一种。耐熔材料是金属或者陶瓷材料之一。