CN105252160B - 一种等离子电极及其制造方法 - Google Patents

一种等离子电极及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子电极及其制造方法，其中等离子电极包括电极主体和钎焊式内芯；所述电极主体的内部设有冷却孔，电极主体的头部设有连通冷却孔的内芯孔；所述钎焊式内芯焊接在电极主体的内芯孔中；所述钎焊式内芯包括电极主体内芯和电极发射体；所述电极主体内芯上设有钎焊孔；所述电极发射体钎焊在电极主体内芯的钎焊孔中。本发明的等离子电极及其钎焊式内芯均为分体式结构，电极主体内芯采用钎焊方式与发射体连接，再与电极主体装配，焊接时的高温对电极整体结构影响小，即使电极主体内芯在钎焊过程中由于高温有所变形，对产品整体的形状也没有影响，不会影响整体产品质量。

Description

一种等离子电极及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种等离子切割设备用电极及其制造方法。
背景技术
等离子电极通常包括普通切割电极和镶嵌式等离子电极。普通切割电极是将发射极直接压装在导电体端面上的孔中，工艺简单，加工成本低，但是寿命短，容易接触不良；过盈压配方式连接中，过盈量的大小极其重要，过盈量太大，材料不能承受，会出现开裂；过盈量太小，使得发热量大，不能良好的接触导致电阻过大，功能无法实现。镶嵌式等离子电极在导电体轴孔中镶嵌一个银圈，通过压装的方式将发射极装配到导电体的轴孔中，这种电极与普通电极相比，增强了发射极与导电体之间的接触强度，减少了间隙，提高了导电性能，降低接触电阻，改善了散热性，但是由于采用压装方式，还是不能完全消除间隙，电极的寿命更需要进一步提高。
申请号为CN201510150132.7的中国专利文献公开了《一种新型钎焊式等离子电极及其制造方法》，通过在电极主体的钎焊孔内依次装入银钎料和发射极，然后将组合件放入真空炉钎焊制成。由于钎焊温度高，采用普通铜制电极主体容易在高温下变软、变形，从而导致产品报废，因此通常采用弥散铜作为钎焊主体。其缺点在于：1、产品成本大大增加；2、钎焊时间较长，后续需要加工；3、弥散铜导电性能和产品外观不理想。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种质量好、外观完美、成本低、使用寿命长的等离子电极。
实现本发明的第一个目的的技术方案是：一种等离子电极，包括电极主体和钎焊式内芯；所述电极主体的内部设有冷却孔，电极主体的头部设有连通冷却孔的内芯孔；所述钎焊式内芯焊接在电极主体的内芯孔中；所述钎焊式内芯包括电极主体内芯和电极发射体；所述电极主体内芯上设有钎焊孔；所述电极发射体钎焊在电极主体内芯的钎焊孔中。
所述钎焊式内芯的电极主体内芯的外壁上设有外限位结构，外限位结构将电极主体内芯分隔为大直径端和小直径端，钎焊孔设置在电极主体内芯的大直径端的端面上；电极主体的内芯孔内贴近冷却孔的部位设有能够与电极主体内芯外壁上的外限位结构相配合的内限位结构。
所述电极主体的材料采用无氧铜。
所述钎焊式内芯的电极主体内芯的材料采用无氧铜。
本发明的第二个目的是提供前述等离子电极的制造方法。
实现本发明第二个目的的技术方案是：一种等离子电极的制造方法，包括以下步骤：
①、采用无氧铜制作电极主体内芯，并在外壁上加工外限位结构，外限位结构将电极主体内芯分隔为大直径端和小直径端，然后在电极主体内芯的大直径端的端面上加工钎焊孔；
②、制作电极钎料和电极发射体；
③、将电极主体内芯的钎焊孔朝上放置，然后将电极钎料和电极发射体依次放入电极主体内芯的钎焊孔中，得到电极内芯组合件；
④、将电极内芯组合件倒置放入钎焊夹具中；
⑤、通过钎焊工艺将电极内芯组合件制成钎焊式内芯；
⑥、采用无氧铜制作电极主体，并在电极主体的内部加工出冷却孔，在电极主体的头部加工出连通冷却孔的内芯孔，要求在内芯孔内贴近冷却孔的部位留出能够与电极主体内芯外壁上的外限位结构相配合的内限位结构；
⑦、通过压配装置将钎焊式内芯压配进电极主体，使电极主体内芯的外限位结构与电极主体的内限位结构贴合；
⑧、对钎焊式内芯与电极主体之间的压配缝隙进行高能束流焊接；
⑨、对高能束流焊接后的电极进行数控车削，去除焊接过程中产生的焊缝，完成电极制作。
所述步骤④中的钎焊夹具包括夹具套、钎焊配重块和陶瓷垫板；所述夹具套呈圆筒状中空结构，中空部分的上下两端均设有腔体，中间为连通上下腔体的连通孔；所述陶瓷垫板的顶部设有与夹具套的下腔体相配合的凸台；所述钎焊配重块放置在夹具套的上腔体中；所述电极内芯组合件放置在夹具套的连通孔中，并且电极主体内芯与钎焊配重块接触、电极发射体与陶瓷垫板接触。
所述步骤⑤的工艺具体为：将电极内芯组合件放入真空炉→抽真空→分步加热到钎焊温度→钎焊→冷却→出炉。
所述步骤⑦中的压配装置包括底座、定位块、导套和压杆；所述底座上设置有垂直杆；所述定位块的上端设有定位孔，定位孔与电极主体内芯的小直径端配合；所述导套的中心设有导向孔，导向孔的一端与电极主体内芯的大直径端配合，另一端与电极主体配合；压配时，先用底座上的垂直杆将定位块顶入电极主体的冷却孔中，并支撑电极主体，然后将导套套在电极主体的头部，通过压杆将钎焊式内芯压入电极主体的内芯孔中，在压入的过程中导套起到导向作用，定位块起到定位作用，压入过程直至电极主体内芯外壁上的外限位结构与电极主体的内芯孔中的内限位结构限位贴合时结束。
所述步骤⑦中的钎焊式内芯与电极主体之间采用过盈配合或小间隙配合。
所述步骤⑧中的高能束流采用激光。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的等离子电极及其钎焊式内芯均为分体式结构，电极主体内芯采用钎焊方式与电极发射体连接，再与电极主体装配，钎焊时间大大缩短，且钎焊时的高温对电极整体结构影响小，即使电极主体内芯在钎焊过程中由于高温有所变形，对产品整体的形状也没有影响，不会影响整体产品质量。
(2)本发明的电极主体的内限位结构和电极主体内芯的外限位结构不但能在压配时起到限位的作用，还能防止焊接过程中焊渣飞溅。
(3)本发明的电极主体以及电极主体内芯的材料均采用无氧铜，不但材料成本大大降低，而且同种材质高能束流焊接，焊接完成后目测无焊缝，产品表面质量完美。
(4)本发明的钎焊式内芯先与电极主体压配，再采用先进的高能束流焊接，两部分材料能完全融合，钎焊式内芯和电极主体的硬度不会降低，有效保证了产品的质量和使用寿命。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的实施例1的等离子电极的结构示意图。
图2为本发明的实施例1的等离子电极的电极主体的结构示意图。
图3为本发明的实施例1的等离子电极的钎焊式内芯的电极主体内芯的结构示意图。
图4为本发明的实施例1的等离子电极的钎焊式内芯放置在钎焊夹具中的示意图。
图5为本发明的实施例1的等离子电极的钎焊式内芯通过压配装置压入电极主体的示意图。
图6为本发明的实施例2的等离子电极的钎焊式内芯的结构示意图。
图7为本发明的实施例3的等离子电极的钎焊式内芯的结构示意图。
图8为本发明的实施例4的等离子电极的钎焊式内芯的结构示意图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1至图3，本实施例的等离子电极包括电极主体1和钎焊式内芯2。
电极主体1的内部设有冷却孔11，电极主体1的头部设有连通冷却孔11的内芯孔12。钎焊式内芯2焊接在电极主体1的内芯孔12中。钎焊式内芯2包括电极主体内芯21和电极发射体22。电极发射体22的材料为铪、锆、钨等。电极主体内芯21上设有钎焊孔211。电极发射体22钎焊在电极主体内芯21的钎焊孔211中。电极主体1以及钎焊式内芯2的电极主体内芯21的材料均采用无氧铜。钎焊式内芯2的电极主体内芯21的外壁上设有外限位结构212，外限位结构212将电极主体内芯21分隔为大直径端和小直径端，钎焊孔211设置在电极主体内芯21的大直径端的端面上。电极主体1的内芯孔12内贴近冷却孔11的部位设有能够与电极主体内芯21外壁上的外限位结构212相配合的内限位结构13。本实施例中，电极主体内芯21的外限位结构212及电极主体1的内限位结构13为能够相互贴合的台阶式结构。
本实施例的等离子电极的制造方法，包括以下步骤：
①、采用无氧铜制作电极主体内芯21，并在外壁上加工外限位结构212，外限位结构212将电极主体内芯21分隔为大直径端和小直径端，然后在电极主体内芯21的大直径端的端面上加工钎焊孔211。
②、制作电极钎料23和电极发射体22，电极钎料23优选银钎料。
③、将电极主体内芯21的钎焊孔211朝上放置，然后将电极钎料23和电极发射体22依次放入电极主体内芯21的钎焊孔211中，得到电极内芯组合件。
④、将电极内芯组合件倒置放入钎焊夹具3中。见图4，钎焊夹具3包括夹具套31、钎焊配重块32和陶瓷垫板33。夹具套31呈圆筒状中空结构，中空部分的上下两端均设有腔体，中间为连通上下腔体的连通孔。陶瓷垫板33的顶部设有与夹具套31的下腔体相配合的凸台。钎焊配重块32放置在夹具套31的上腔体中。电极内芯组合件放置在夹具套31的连通孔中，并且电极主体内芯21与钎焊配重块32接触、电极发射体22与陶瓷垫板33接触。
⑤、通过钎焊工艺将电极内芯组合件制成钎焊式内芯2，工艺具体为：将电极内芯组合件放入真空炉→抽真空→分步加热到钎焊温度→钎焊→冷却→出炉。
⑥、采用无氧铜制作电极主体1，并在电极主体1的内部加工出冷却孔11，在电极主体1的头部加工出连通冷却孔11的内芯孔12，要求在内芯孔12内贴近冷却孔11的部位留出能够与电极主体内芯21外壁上的外限位结构212相配合的内限位结构13。
⑦、通过压配装置4将钎焊式内芯2压配进电极主体1。见图5，压配装置4包括底座41、定位块42、导套43和压杆44。底座41上设置有垂直杆411。定位块42的上端设有定位孔421，定位孔421与电极主体内芯21的小直径端配合。导套43的中心设有导向孔，导向孔的一端与电极主体内芯21的大直径端配合，另一端与电极主体1配合。压配时，先用底座41上的垂直杆411将定位块42顶入电极主体1的冷却孔11中，并支撑电极主体1，然后将导套43套在电极主体1的头部，通过压杆44将钎焊式内芯2压入电极主体1的内芯孔12中，在压入的过程中导套43起到导向作用，定位块42起到定位作用，压入过程直至电极主体内芯21外壁上的外限位结构212与电极主体1的内芯孔12中的内限位结构13限位贴合时结束。
⑧、对钎焊式内芯2与电极主体1之间的压配缝隙进行高能束流焊接，高能束流优选采用激光。
⑨、对高能束流焊接后的电极进行数控车削，去除焊接过程中产生的焊缝，完成电极制作。
(实施例2)
见图6，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：电极主体内芯21的外限位结构212及电极主体1的内限位结构13为能够相互贴合的波浪式结构。
(实施例3)
见图7，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：电极主体内芯21的外限位结构212及电极主体1的内限位结构13为能够相互贴合的斜角式结构。
(实施例4)
见图8，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：电极主体内芯21的外限位结构212及电极主体1的内限位结构13为能够相互贴合的圆弧式结构。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种等离子电极，其特征在于：包括电极主体(1)和钎焊式内芯(2)；所述电极主体(1)的内部设有冷却孔(11)，电极主体(1)的头部设有连通冷却孔(11)的内芯孔(12)；所述钎焊式内芯(2)焊接在电极主体(1)的内芯孔(12)中；所述钎焊式内芯(2)包括电极主体内芯(21)和电极发射体(22)；所述电极主体内芯(21)上设有钎焊孔(211)；所述电极发射体(22)钎焊在电极主体内芯(21)的钎焊孔(211)中；所述钎焊式内芯(2)的电极主体内芯(21)的外壁上设有外限位结构(212)，外限位结构(212)将电极主体内芯(21)分隔为大直径端和小直径端，钎焊孔(211)设置在电极主体内芯(21)的大直径端的端面上；电极主体(1)的内芯孔(12)内贴近冷却孔(11)的部位设有能够与电极主体内芯(21)外壁上的外限位结构(212)相配合的内限位结构(13)。
2.根据权利要求1所述的一种等离子电极，其特征在于：所述电极主体(1)的材料采用无氧铜。
3.根据权利要求1所述的一种等离子电极，其特征在于：所述钎焊式内芯(2)的电极主体内芯(21)的材料采用无氧铜。
4.一种等离子电极的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
①、采用无氧铜制作电极主体内芯(21)，并在外壁上加工外限位结构(212)，外限位结构(212)将电极主体内芯(21)分隔为大直径端和小直径端，然后在电极主体内芯(21)的大直径端的端面上加工钎焊孔(211)；
②、制作电极钎料(23)和电极发射体(22)；
③、将电极主体内芯(21)的钎焊孔(211)朝上放置，然后将电极钎料(23)和电极发射体(22)依次放入电极主体内芯(21)的钎焊孔(211)中，得到电极内芯组合件；
④、将电极内芯组合件倒置放入钎焊夹具(3)中；
⑤、通过钎焊工艺将电极内芯组合件制成钎焊式内芯(2)；
⑥、采用无氧铜制作电极主体(1)，并在电极主体(1)的内部加工出冷却孔(11)，在电极主体(1)的头部加工出连通冷却孔(11)的内芯孔(12)，要求在内芯孔(12)内贴近冷却孔(11)的部位留出能够与电极主体内芯(21)外壁上的外限位结构(212)相配合的内限位结构(13)；
⑦、通过压配装置(4)将钎焊式内芯(2)压配进电极主体(1)，使电极主体内芯(21)的外限位结构(212)与电极主体(1)的内限位结构(13)贴合；
⑧、对钎焊式内芯(2)与电极主体(1)之间的压配缝隙进行高能束流焊接；
⑨、对高能束流焊接后的电极进行数控车削，去除焊接过程中产生的焊缝，完成电极制作。
5.根据权利要求4所述的一种等离子电极的制造方法，其特征在于：所述步骤④中的钎焊夹具(3)包括夹具套(31)、钎焊配重块(32)和陶瓷垫板(33)；所述夹具套(31)呈圆筒状中空结构，中空部分的上下两端均设有腔体，中间为连通上下腔体的连通孔；所述陶瓷垫板(33)的顶部设有与夹具套(31)的下腔体相配合的凸台；所述钎焊配重块(32)放置在夹具套(31)的上腔体中；所述电极内芯组合件放置在夹具套(31)的连通孔中，并且电极主体内芯(21)与钎焊配重块(32)接触、电极发射体(22)与陶瓷垫板(33)接触。
6.根据权利要求4所述的一种等离子电极的制造方法，其特征在于：所述步骤⑤的工艺具体为：将电极内芯组合件放入真空炉→抽真空→分步加热到钎焊温度→钎焊→冷却→出炉。
7.根据权利要求4所述的一种等离子电极的制造方法，其特征在于：所述步骤⑦中的压配装置(4)包括底座(41)、定位块(42)、导套(43)和压杆(44)；所述底座(41)上设置有垂直杆(411)；所述定位块(42)的上端设有定位孔(421)，定位孔(421)与电极主体内芯(21)的小直径端配合；所述导套(43)的中心设有导向孔，导向孔的一端与电极主体内芯(21)的大直径端配合，另一端与电极主体(1)配合；压配时，先用底座(41)上的垂直杆(411)将定位块(42)顶入电极主体(1)的冷却孔(11)中，并支撑电极主体(1)，然后将导套(43)套在电极主体(1)的头部，通过压杆(44)将钎焊式内芯(2)压入电极主体(1)的内芯孔(12)中，在压入的过程中导套(43)起到导向作用，定位块(42)起到定位作用，压入过程直至电极主体内芯(21)外壁上的外限位结构(212)与电极主体(1)的内芯孔(12)中的内限位结构(13)限位贴合时结束。
8.根据权利要求4所述的一种等离子电极的制造方法，其特征在于：所述步骤⑦中的钎焊式内芯(2)与电极主体(1)之间采用过盈配合或小间隙配合。
9.根据权利要求4所述的一种等离子电极的制造方法，其特征在于：所述步骤⑧中的高能束流采用激光。
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