CN110369842A - 等离子粉末堆焊的嵌入式焊嘴、粉末喷出引导件以及等离子粉末堆焊焊枪 - Google Patents

Abstract

提供一种等离子粉末堆焊的嵌入式焊嘴、粉末喷出引导件以及等离子粉末堆焊焊枪，能够缩短基准距并减少金属粉末损失，而且使对堆积熔融池进行观察变得容易。等离子粉末堆焊焊枪包括：嵌入式焊嘴，该嵌入式焊嘴的至少前端部分的外形为纺锤形或截顶圆锥形，并且在前端具有等离子喷嘴，在该前端部分的外表面设置有从该前端部分的粗径部到达该等离子喷嘴敞开的前端面的多个槽；以及焊嘴盖部，该焊嘴盖部为截顶圆锥形，在截顶部具有供嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的前端部分的前端贯穿的开口，该开口的内侧的圆锥壁面与插入该开口并且前端突出至该开口的外侧的上述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的外壁面紧密接触而覆盖多个槽。

Description

等离子粉末堆焊的嵌入式焊嘴、粉末喷出引导件以及等离子 粉末堆焊焊枪

技术领域

本发明涉及一种利用粉末进行堆焊焊接的等离子粉末堆焊，特别涉及一种焊枪前端部的嵌入式焊嘴、粉末喷出引导件以及等离子粉末堆焊焊枪。

背景技术

在专利文献1中记载有一种双重喷嘴方式的等离子粉末堆焊焊枪，将金属粉末进给至排出等离子电弧的嵌入式焊嘴与外侧焊嘴之间，然后通过等离子电弧将金属粉末熔化并通过外侧焊嘴的喷嘴将上述金属粉末与等离子电弧一起喷射至焊接面，从而将熔融金属堆焊至金属表面。由于外侧焊嘴的喷嘴附近处于高温，因此，在外侧焊嘴的喷嘴周缘具有供冷却水流过的空间。

在专利文献2中记载有一种单一喷嘴方式的等离子粉末堆焊焊枪，在嵌入式焊嘴设置金属粉末排出喷嘴，该金属粉末排出喷嘴指向从嵌入式焊嘴的喷嘴喷射出的等离子电弧，在嵌入式焊嘴下端正下方的外部空间处将金属粉末注入至等离子电弧。通过冷却水向嵌入式焊嘴内部的循环以及喷出至嵌入式焊嘴下端周缘的保护气体使嵌入式焊嘴得到冷却。在专利文献3中记载有单一喷嘴方式的等离子粉末堆焊焊枪，为了提高保护气体对嵌入式焊嘴的冷却效果，在保护盖部的内壁面设置螺旋状的翅片。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开昭60-92080号公报

专利文献2：日本专利特开平1-218772号公报

专利文献3：日本专利特开平07－241682号公报。

发明内容

发明所要解决的技术问题

在使用等离子粉末堆焊焊枪的堆焊焊接中，焊枪前端与焊接对象件表面的距离(基准距)存在限制。若基准距较短，那么，虽然等离子电弧稳定，但焊枪前端会造成阻碍，从而较难观察焊接对象件表面的堆焊熔融池。特别地，在双重喷嘴方式的焊枪中，由于外喷嘴的水冷结构而使得焊枪下端宽度较宽，因此，较难观察到熔融池。在从喷嘴外供给粉末的单一喷嘴方式的焊枪中，若基准距较短，那么，由于金属粉末流在进入等离子电弧之前触碰焊接对象金属表面上的未熔融的金属以及熔融金属(堆焊金属)而被弹开，因此，金属粉末的损失变多。若为了使可见性变好而使基准距较长，那么，等离子电弧变得不稳定，从而使得堆焊质量降低。此外，由等离子电弧产生的辐射热大范围地传播，从而使焊接作业环境变差。

本发明的目的在于提供一种嵌入式焊嘴、粉末喷出引导件以及装备该嵌入式焊嘴和粉末喷出引导件的等离子粉末堆焊焊枪，即使缩短基准距也能够减少金属粉末的损失，并且使得对堆焊熔融池进行观察变得容易。

解决技术问题所采用的技术方案

(1)一种嵌入式焊嘴，所述嵌入式焊嘴具有供产生等离子电弧的电极的前端部插入的内空间以及与该内空间连通并且将该电极产生的等离子电弧排出的等离子喷嘴，所述嵌入式焊嘴安装于等离子粉末堆焊焊枪的前端部，所述嵌入式焊嘴的特征在于，

所述嵌入式焊嘴的至少前端部分的外形为纺锤形或截顶圆锥形，并且在所述嵌入式焊嘴的前端具有所述等离子喷嘴，在所述嵌入式焊嘴的该前端部分的外表面设置有从该前端部分的粗径部到达所述等离子喷嘴敞开的前端面的多个槽。

(2)在上述(1)所述的嵌入式焊嘴的基础上，多个所述槽的横截面为コ字形且槽底为平底。

(3)一种粉末喷出引导件，所述粉末喷出引导件由下述构件构成：上述(1)或(2)所述的嵌入式焊嘴；以及

焊嘴盖部，所述焊嘴盖部为截顶圆锥形，在所述焊嘴盖部的截顶部具有所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的前端部分的前端贯穿的开口，该开口的内侧的圆锥壁面与插入该开口并且前端突出至该开口的外侧的所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的外壁面紧密接触而覆盖多个所述槽，所述焊嘴盖部安装于所述等离子粉末堆焊焊枪的前端部。

(4)一种等离子粉末堆焊焊枪，所述等离子粉末堆焊焊枪包括：粉末供给台、内部引导件以及双重筒状的水路配件，所述粉末供给台供包含金属粉末和搬运金属粉末的载气的金属粉末流送入，所述内部引导件将送入后的金属粉末流引导至焊枪下端部，所述水路配件固定至所述内部引导件；

嵌入式焊嘴，所述嵌入式焊嘴具有供产生等离子电弧的电极的前端部插入的内空间以及与该内空间连通并且将该电极产生的等离子电弧排出的等离子喷嘴，所述嵌入式焊嘴的至少前端部分的外形是纺锤形或截顶圆锥形，并且在所述嵌入式焊嘴的前端具有所述等离子喷嘴，在所述嵌入式焊嘴的前端部分的外表面设置有从该前端部分的粗径部到达所述等离子喷嘴开口的前端面的多个槽，所述嵌入式焊嘴拧入所述水路配件的前端；

定心环石以及卡盘，所述定心环石在所述水路配件的中心位置对所述电极进行定位，所述卡盘将所述电极固定至水路配件；

焊嘴盖部，所述焊嘴盖部为截顶圆锥形并且固定至所述内部引导件，该内部引导件将引导至焊枪下端部的金属粉末流引导至所述嵌入式焊嘴的所述粗径部，在所述焊嘴盖部的截顶部具有供所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的前端部分的前端贯穿的开口，该开口的内侧的圆锥壁面与插入该开口并且前端突出至该开口的外侧的所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的外壁面紧密接触而覆盖多个所述槽；以及

保护盖部，所述保护盖部使供给至焊枪内部的保护气体沿着所述焊嘴盖部的圆锥外表面而向所述嵌入式焊嘴的所述前端面的下方喷出。

(5)上述(4)的等离子粉末堆焊焊枪是附带有把手的T形焊枪。

发明效果

根据上述(1)，在嵌入式焊嘴的前端部分的外表面设置从该前端部分的粗径部到达该等离子喷嘴敞开的前端面的多个槽，通过上述槽使金属粉末流触碰从等离子喷嘴排出的等离子电弧，因此，金属粉末流与喷嘴的距离较短，金属粉末流以较短的喷射距离与等离子电弧混合。因此，即使缩短基准距，脱离等离子电弧的金属粉末损失也不会变多。由于多个槽各自与等离子喷嘴之间的水平距离较短，因此，能够将焊枪前端的水平方向的宽度设计得较小，从而能够使对堆积熔融池进行观察变得容易。若焊枪前端宽度较宽，则堆焊熔融池被焊枪前端遮挡而无法观察，因此，尽管想要增长基准距，但若增长基准距，那么，等离子电弧变长而容易变得不稳定，此外，等离子电弧的热辐射扩散，从而使得作业环境变差。

根据上述(2)以及(4)，由于将金属粉末流引导至等离子喷嘴正下方的上述多个槽的横截面为コ字形且槽底为平底，因此，与通过对焊嘴外表面进行切削而开设圆孔的情况相比，能够使槽简易地形成，而且，由于槽底为平底，因此，与设为圆孔形状的情况相比，能够增大槽的横截面积。

根据上述(3)以及(4)，能够增大运送堆焊金属的气体流量(载气的流量)。在手动堆焊的情况下，焊枪与粉末供给器(未图示)大多相隔较远，为了将粉末运送至较远处，需要增大载气流量。另一方面，若增大载气流量，那么，与等离子电弧相交的金属粉末流的流速变大，从而使等离子电弧不稳定。能够增大上述槽的截面积这一点对于在大流量下降低粉末喷出部处的金属粉末流的流速而言是有效的。由于焊嘴盖部将上述多个槽的、靠近嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的粗径部的根部覆盖，因此，槽的根部成为供金属粉末流流过的通道并且靠近等离子电弧喷嘴的前端部成为将金属粉末流向该喷嘴正下方喷出的开口，因此，挤压至槽的根部的金属粉末流从槽的前端部以流速降低的状态与喷嘴正下方的等离子电弧碰撞。此外，由于载气在上述多个槽内流通，因此，焊嘴通过载气有效地冷却，从而提高焊嘴的耐高电流性以及寿命。

由于通过焊嘴盖部的截顶开口的高度(从圆锥底面到截顶位置的垂直距离)确定与嵌入式焊嘴的喷嘴正下方相对的金属粉末流吹出开口的面积，因此，即使不对上述多个槽进行修改，也能够通过将焊嘴盖部的截顶开口的高度调节得较短来扩大金属粉末流吹出开口的面积。

根据上述(5)，能够通过手握住等离子粉末堆焊焊枪的把手进行手动焊接来进行堆焊焊接。在该情况下，即使基准距较短，由于对喷嘴正下方的堆焊金属池进行观察较容易且金属粉末流充分地触碰等离子电弧，因此，金属粉末损失也较小。由于等离子电弧长度较短，因此，能够进行稳定且高质量的堆焊焊接。本发明的其它目的以及特征通过参照附图对下述实施例进行说明而变得明确。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的等离子粉末堆焊焊枪的外观的侧视图。

图2A是图1所示的焊枪的前端部分的纵截面放大图，图2B是2A所示的嵌入式焊嘴1的前端部的主视图。

图3A是表示图1所示的焊枪以适当基准距Hso进行堆焊焊接的纵剖视图，图3B是与专利文献2公开的单一喷嘴方式的等离子粉末堆焊焊枪相同的现有例(比较例)以适当基准距Hso进行堆焊焊接的纵剖视图。

图4A是表示图1所示的焊枪以下限基准距Hsos进行堆焊焊接的纵剖视图，图4B是表示在上述现有例(比较例)中、在上述下限基准距Hsos的情况下金属粉末与堆焊焊接对象件上的未熔融的焊接对象件16以及堆焊金属Mp碰撞、飞散而损失的状态的纵剖视图。

符号说明

1：嵌入式焊嘴；

2：等离子喷嘴；

3a～3f：槽

4：焊嘴盖部；

5：保护盖部；

6：整流环；

7：内部引导件；

8：粉末供给台；

9：接头；

10：粉末进给管；

11：焊枪主体；

12：水路配件；

13：电极；

14：定心环石；

15：卡盘；

16：焊接对象件；

17：等离子电弧流；

18：把手；

Mp：堆焊金属；

L45：45°视线；

Hso：适当基准距；

Hsos：下限基准距。

具体实施方式

图1中示出了本发明一实施例的单一喷嘴方式的等离子粉末堆焊焊枪的外观。该实施例是附带有用于操作者手持操作的把手18的T形堆焊焊枪。在焊枪主体11的前端部具有粉末供给台8，在该粉末供给台8插入有保护盖部5，在该保护盖部5的内侧具有焊嘴盖部4，从焊嘴盖部4突出有嵌入式焊嘴1的前端部。在该嵌入式焊嘴1的下端面中央部具有供等离子弧喷出的等离子喷嘴2(图2A、图2B上)，在嵌入式焊嘴1的下端部的纺锤形状或圆锥形状的外壁面具有到达下端面的平底缝状的槽3a～3f(3b、3c、3e、3f在图2A、图2B上)，金属粉末与载气一起穿过上述槽从焊枪内部排出至外部。

图2A中放大地示出了图1所示的等离子粉末堆焊焊枪的、排出金属粉末流和等离子弧的前端部分的纵截面，图2B中示出了图2A上的嵌入式焊嘴1的前端部的正面。在焊枪的中央部配置有由钨构成的棒状的电极13，该电极13由定心环石14定位于焊枪主体11的中心轴并通过卡盘15固定。电极13的前端形成为尖锐的形状，该前端位于嵌入式焊嘴1的前端面中央部的等离子喷嘴2的重心。

等离子气体从外部供给至电极13与卡盘15之间的空间，并且穿过电极13与定心环石14之间的空间以及定心环石14的外周的纵槽而进入嵌入式焊嘴1的内部，然后从喷嘴2向外部喷出。

上述等离子气体通过电极13与焊接对象件16之间的电弧放电而离子化，从而形成高温的等离子电弧流。在图3A中示出了通过图2A、图2B所示的堆焊焊枪进行堆焊焊接过程中的等离子电弧流17。

参照图3A，金属粉末以及搬运该金属粉末的载气从外部供给至粉末供给管10，并且经由接头9穿过粉末供给台8以及内部引导件7的粉末气体流路而进入水冷配件12的下端与焊嘴盖部4之间的空隙，然后穿过在嵌入式焊嘴1的下端部的纺锤形或截顶圆锥形的外锤面切出的平底槽3a～3f而向焊嘴外部喷出并注入至等离子电弧流17。金属粉末由于等离子电弧流17的热量而熔融，从而形成熔融金属并覆盖焊接对象件16的表面。

保护气体通过整流环6整流后穿过保护盖部5与焊嘴盖部4之间的空间而以覆盖等离子电弧流17的周围的方式喷射，从而将焊接面与外部气体隔断。此外，为了防止嵌入式焊嘴1过热，冷却水从焊枪的外部穿过双重筒形的水路配件12的内外筒间的空间而送入水路配件12的下端，从而对拧入并压接于水路配件12的嵌入式焊嘴1进行冷却。

再次参照图2A、图2B。在嵌入式焊嘴1的下端部的纺锤形或截顶圆锥形的外锤面切出的平底槽3a～3f将由载气进给的金属粉末的流动即金属粉末流引导至从喷嘴2喷射出的等离子电弧流17。也就是说，嵌入式焊嘴1是喷出等离子电弧流17的前端构件，并且是将金属粉末流进给至等离子电弧流17的粉末喷出引导件。嵌入式焊嘴1的平底槽3a～3f从焊嘴1的粗径部到达焊嘴前端的截顶面(前端面)。

为了抑制金属粉末流从焊枪轴心向外侧扩散而使其集中至等离子电弧流17，在保护盖部5的内部隔着整流环6添加防止金属粉末流扩散的截顶圆锥形的焊嘴盖部4，该焊嘴盖部4的前端部的内壁面与嵌入式焊嘴1的下端部的纺锤形或截顶圆锥形的外锤面紧密地压接。由此，靠近焊嘴1的粗径部的、平底槽3a～3f的比较深的槽部分(槽的根部)的向外开口由喷嘴盖部4封闭，进入平底槽3a～3f的金属粉末流在焊嘴前端面的外缘附近汇聚而从该外缘附近急冲至等离子电弧流17。因此，焊嘴盖部4也构成为粉末喷出引导件的一部分。

用于图1、图2A、图2B、图3A以及图4A所示的本发明的一实施例的等离子粉末堆焊焊枪的嵌入式焊嘴1具有供产生等离子电弧的电极13的前端部插入的内空间以及与该内空间连通并将该电极产生的等离子电弧排出的等离子喷嘴2，并且该嵌入式焊嘴1安装于等离子粉末堆焊焊枪的前端部。嵌入式焊嘴1的至少前端部分的外形为纺锤形或截顶圆锥形并且在前端具有等离子喷嘴2，在该前端部分的外表面设置有从该前端部分的粗径部到达该等离子喷嘴2敞开的前端面的多个槽3a～3f。上述多个槽3a～3f的横截面是コ字形并且槽底为平底。

嵌入式焊嘴1与焊嘴盖部4构成粉末喷出引导件，其中，上述焊嘴盖部4为截顶圆锥形，在截顶部具有供嵌入式焊嘴1的纺锤形或截顶圆锥形的前端部分贯穿的开口，该开口的内侧的圆锥壁面与插入至该开口、前端突出至该开口的外侧的嵌入式焊嘴1的纺锤形或截顶圆锥形的外壁面紧密接触而将上述多个槽3a～3f部分地覆盖，上述焊嘴盖部4安装于焊枪的前端部。

此外，上述一实施例的等离子粉末堆焊焊枪包括：粉末供给台8、内部引导件7以及双重筒状的水路配件12，上述粉末供给台8供包含金属粉末和搬运金属粉末的载气的金属粉末流送入，上述内部引导件7将送入后的金属粉末流引导至焊枪下端部，上述水路配件12固定至该内部引导件7；嵌入式焊嘴1，该嵌入式焊嘴1具有供产生等离子电弧17的电极13的前端部插入的内空间以及与该内空间连通并且将该电极13产生的等离子电弧17排出的等离子喷嘴2，该嵌入式焊嘴1的至少前端部分的外形是纺锤形或截顶圆锥形并且在前端具有上述等离子喷嘴2，在该前端部分的外表面设置有从该前端部分的粗径部到达该等离子喷嘴2敞开的前端面的多个槽3a～3f，该嵌入式焊嘴1拧入上述水路配件12的前端；定心环石14以及卡盘15，该定心环石14在上述水路配件12的中心位置处对上述电极13进行定位，上述卡盘15将上述电极13固定至水路配件12；焊嘴盖部4，该焊嘴盖部4为截顶圆锥形并且固定至上述内部引导件7，该内部引导件7将引导至焊枪下端部的金属粉末流引导至上述嵌入式焊嘴1的上述粗径部，焊嘴盖部4在截顶部具有供上述嵌入式焊嘴1的纺锤形或截顶圆锥形的前端部分的前端贯穿的开口，该开口的内侧的圆锥壁面与插入至该开口的、前端突出至该开口的外侧的上述嵌入式焊嘴1的纺锤形或截顶圆锥形的外壁面紧密接触而将上述多个槽3a～3f部分地覆盖；以及保护盖部5，该保护盖部5使供给至焊枪内部的保护气体沿着上述焊嘴盖部4的圆锥外表面而向上述嵌入式焊嘴1的上述前端面的下方喷出。

此外，上述一实施例的等离子粉末堆焊焊枪是附带有把手18的T形焊枪。

若利用本发明的上述一实施例的等离子粉末堆焊焊枪并以适当基准距Hso进行堆焊焊接，那么，由于焊枪前端较细，因此，如图3A所示，相对于焊接对象件16的上表面直到45°角度为止均能够观察到焊接对象件上的熔融金属Mp。在与专利文献2所公开的单一喷嘴方式的等离子粉末堆焊焊枪相同的现有例(比较例)中，如图3B所示，由于焊枪前端的横向宽度较宽，因此，在相对于焊接对象件16的上表面呈45°的观察角度处，无法观察到熔融金属Mp。为了观察熔融金属Mp而变成低下头来窥视焊枪正下方这样勉强的姿势，从而容易疲劳且堆焊精度容易降低。在图3A所示的本发明的实施例中，由于喷嘴2与金属粉末流排出口(3a～3f)较近且金属粉末流触碰等离子电弧流17为止的距离较短，因此，即使缩短基准距，金属粉末流触碰未熔融的焊接对象件16以及堆焊金属Mp而飞散的可能性也较低。能够将基准距缩短至图4A所示的Hsos。

在现有例中，在比图3B所示的基准距Hso短的基准距的情况下，金属粉末流触碰未熔融的焊接对象件16以及堆焊金属Mp而飞散的可能性变高。也就是说，金属粉末的损失变多。在图4B所示的基准距Hsos的情况下，由于大量的金属粉末流不触碰等离子电弧流17而是触碰未熔融的焊接对象件16以及熔融金属Mp并被弹开，因此，不容易进行合适的堆焊。

此外，在本发明的焊枪中，由于前端能够设得较细，因此，对于焊接对象件16是狭窄形状的工件的适应性得到提高。如图3A以及图3B所示，能够对应于视线角度地与狭窄形状对应，并且与图3B的现有例相比，图3A的本发明的实施例提高了狭窄适应性。

Claims (5)

1.一种嵌入式焊嘴，所述嵌入式焊嘴具有供产生等离子电弧的电极的前端部插入的内空间以及与该内空间连通并且将该电极产生的等离子电弧排出的等离子喷嘴，所述嵌入式焊嘴安装于等离子粉末堆焊焊枪的前端部，所述嵌入式焊嘴的特征在于，

所述嵌入式焊嘴的至少前端部分的外形为纺锤形或截顶圆锥形，并且在所述嵌入式焊嘴的前端具有所述等离子喷嘴，在所述嵌入式焊嘴的该前端部分的外表面设置有从该前端部分的粗径部到达所述等离子喷嘴敞开的前端面的多个槽。

2.如权利要求1所述的嵌入式焊嘴，其特征在于，

多个所述槽的横截面为コ字形且槽底为平底。

3.一种粉末喷出引导件，其特征在于，所述粉末喷出引导件由下述构件构成：

权利要求1或2所述的嵌入式焊嘴；以及

焊嘴盖部，所述焊嘴盖部为截顶圆锥形，在所述焊嘴盖部的截顶部具有供所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的前端部分的前端贯穿的开口，该开口的内侧的圆锥壁面与插入该开口并且前端突出至该开口的外侧的所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的外壁面紧密接触而将多个所述槽部分地覆盖，所述焊嘴盖部安装于所述等离子粉末堆焊焊枪的前端部。

4.一种等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，包括：

粉末供给台、内部引导件以及双重筒状的水路配件，所述粉末供给台供包含金属粉末和搬运金属粉末的载气的金属粉末流送入，所述内部引导件将送入后的金属粉末流引导至焊枪下端部，所述水路配件固定至所述内部引导件；

嵌入式焊嘴，所述嵌入式焊嘴具有供产生等离子电弧的电极的前端部插入的内空间以及与该内空间连通并且将该电极产生的等离子电弧排出的等离子喷嘴，所述嵌入式焊嘴的至少前端部分的外形是纺锤形或截顶圆锥形，并且在所述嵌入式焊嘴的前端具有所述等离子喷嘴，在所述嵌入式焊嘴的该前端部分的外表面设置有从该前端部分的粗径部到达所述等离子喷嘴敞开的前端面的多个槽，所述嵌入式焊嘴拧入所述水路配件的前端；

定心环石以及卡盘，所述定心环石在所述水路配件的中心位置对所述电极进行定位，所述卡盘将所述电极固定至水路配件；

焊嘴盖部，所述焊嘴盖部为截顶圆锥形并且固定至所述内部引导件，该内部引导件将引导至焊枪下端部的金属粉末流引导至所述嵌入式焊嘴的所述粗径部，在所述焊嘴盖部的截顶部具有供所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的前端部分的前端贯穿的开口，该开口的内侧的圆锥壁面与插入该开口并且前端突出至该开口的外侧的所述嵌入式焊嘴的纺锤形或截顶圆锥形的外壁面紧密接触而覆盖多个所述槽；以及

保护盖部，所述保护盖部使供给至焊枪内部的保护气体沿着所述焊嘴盖部的圆锥外表面而向所述嵌入式焊嘴的所述前端面的下方喷出。

5.如权利要求4所述的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，

所述等离子粉末堆焊焊枪是附带有把手的T形焊枪。