[发明专利]用于钨极惰性气体保护焊用焊炬的电极以及具有这种电极的焊炬

说明书

本发明涉及用于钨极惰性气体保护焊用焊炬(100)的电极(200)以及具有这种电极的焊炬，其中电极(200)具有至少一个由与电极材料(201)不同的材料(211)制成的插入物(210)，其中插入物(210)至少部分地形成电极的电弧侧的表面(202)；电极(200)的电弧侧的表面具有用于供给聚焦气体(222)以将电弧(120)聚焦的多个聚焦气体钻孔(220)；电极(200)具有至少一个轴向延伸的气体排出钻孔(230)，用于通过该轴向延伸的气体排出钻孔(230)从电极(200)的电弧侧的表面(202)排出气体(132)。

技术领域

本发明涉及一种用于钨极气体保护焊用焊炬的电极，特别地，用于钨极惰性气体保护焊或等离子焊用焊炬的电极，并涉及相应的焊炬。

背景技术

钨极气体保护焊，特别是钨极惰性气体保护焊(WIG焊)及等离子焊涉及电弧焊接的方法，其例如可以被用于堆焊、焊接或钎焊由金属材料制成的一个、两个或多个工件。此处工件和用于钨极气体保护焊的相应的焊炬的钨极与焊接电源电连接。电弧在钨极和工件之间燃烧。此处工件至少部分地被熔化并形成焊接熔池。在大多数材料中，钨极作为阴极，工件作为阳极，其中，基于物理电流方向电子从钨极传递至工件。

等离子焊是钨极惰性气体保护焊的特殊情形。在等离子焊中，供给至少两种独立的气体或气体混合物。首先，使用等离子气体(也称为中心气体)，其通过电弧的高温和高能量被离子化(至少部分地离子化)。因此，电弧产生等离子。特别地，使用氩气或者使用氩气和一部分氢或氦的气体混合物作为等离子气体。外部气体在此作为保护气体。使用氦气或含氦气的气体混合物作为保护气体使得可能改善导热性并增加输入到工件的能量。然而，与其它保护气体相比，氦气明显地更加昂贵，并且不是随处可以获得。与钨极惰性气体保护焊相比，等离子焊的缺点是用于等离子焊的相应焊炬更加复杂和昂贵，更大的焊炬有损易用性和操作性。出于该原因，等离子焊最经常仅在自动化条件下进行。

钨极气体保护焊最常使用由纯钨或含稀土金属(例如镧、铈、钇)、锆和钍的添加剂的钨组成的棒状电极。这些添加物最通常以氧化物存在。电极在工具侧被尖锐地研磨用于阴极极化。所述的在钨中的添加物降低了电子的功函数，从而作为阴极的电极可以在很高的电流下运行。

钨极惰性气体保护焊或具有负极化钨电极的等离子焊仅在某些条件下使用，如果可以，用于铝、铝合金、青铜、镁、镁合金、钛或其它形成高熔点氧化物的材料。问题是这些高熔点氧化物是不熔的。出于此原因，焊接熔池难以控制，并且很难观察到氧化层下焊接熔池的形成。存在氧化物夹杂的危险。此外，进入到部件的能量很小。

钨极和工件的极性可被颠倒(钨极作为阳极、工件作为阴极)。在此情形中，电子从工件传递至钨极(物理电流方向)。这些退出工件或相应离子轰击的电子可熔化形成或出现在工件上的氧化层，从而达到清洁的效果。这种清洁效果使得可以避免在焊缝内出现氧化物夹杂。在具有排出孔的等离子焊中，与钨极惰性气体保护焊相比这种效果被强化，例如，由于结合部件的整个侧面与等离子接触，并被有效地清洁。

然而，不可能或根本不可能以这种方式有效并经济地极化作为阳极的钨电极，因为钨电极作为阳极的能力，特别是热容量和载流能力十分有限。例如，直径为3.2mm的钨电极的载流能力通常在20A至35A之间。

尽管这么低的电流强度，仍然存在钨电极熔化的危险，且熔融材料会从钨电极脱离。一方面这导致钨电极的破坏和工艺的波动，另一方面如果来自钨电极的熔融材料进入工件的焊接熔池会导致焊缝的污染。

这种污染在焊缝内产生的缺陷只能在复杂的再处理工艺中消除。低载流能力，因此低的焊接电流供给到钨电极，大多数情形下使得仅有低的能量输入到工件。因此，钨电极大多数情形下只能以这种方式极化为阳极用于很薄的工件，或由于钨夹杂的潜在风险根本不能被极化。此外，焊接速度低。

电极最常作为棒通过弹簧夹头固定在焊炬内，所述弹簧夹头也通过焊炬壁间接地冷却。相应地，电极通过夹持被固定到位。弹簧夹头最常从焊炬远离工件的一侧引入。