PT2480367E

PT2480367E - Pontas de contacto de soldadura para aplicações de impulso

Info

Publication number: PT2480367E
Application number: PT107351561T
Authority: PT
Inventors: Tiejun Ma
Original assignee: Illinois Tool Works
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2013-09-18
Also published as: EP2480367B1; US8383987B2; US20110073581A1; ES2427414T5; EP2480367A1; EP2480367B2; ES2427414T3; WO2011037673A1

Description

1

DESCRIÇÃO

"PONTAS DE CONTACTO DE SOLDADURA PARA APLICAÇÕES PULSADAS" DOMÍNIO TÉCNICO

Esta invenção refere-se a pontas de contacto para uma tocha de soldadura GMAW (soldadura por arco elétrico com

gás de proteção), MIG (atmosfera de gás inerte), MAG (atmosfera de gás ativo), SAW (soldadura por arco submerso) ou FCAW (soldagem por arco com fios fluxados) , e mais particularmente a uma ponta de contacto tendo maior durabilidade, especialmente em aplicações de soldadura pulsada.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Uma tocha de soldadura convencional inclui geralmente um conjunto de cabos ligado a um corpo da tocha, um pescoço de cisne estendendo-se a partir do corpo, e uma cabeça da tocha numa extremidade distai do pescoço de ganso. A cabeça da tocha tipicamente inclui uma cabeça de retenção e/ou difusor, uma ponta de contacto e um bocal. 0 fio de soldadura (elétrodo consumivel) e o gás de proteção são alimentados através do conjunto de cabos e o pescoço de ganso através da cabeça da tocha, onde o fio de soldadura e gás de proteção são alimentados fora da ponta de contacto. Técnicas de soldadura de metal comuns empregam o calor gerado pelo arco elétrico para a transição de uma porção de uma peça de trabalho até um estado fundido, e a adição de metal de adição a partir do fio de soldadura. Energia (por exemplo, corrente de soldadura) é transferida do conjunto de cabo e pescoço de ganso através dos componentes da frente da tocha incluindo a cabeça de retenção e a ponta de 2 contacto, até ao fio de soldadura do elétrodo consumível. Quando um gatilho na tocha de soldadura é operado ou um sinal de "on" é atribuído por um robô/controlador automático, o fio de elétrodo é avançado em direção à ponta de contacto, sendo nesse momento que a corrente é conduzida da ponta de contacto até ao fio de soldadura de saida. Uma corrente de arco forma-se entre o fio de elétrodo e a peça de trabalho, completando um circuito e gerando calor suficiente para fundir o fio de elétrodo de modo a formar uma soldadura com a peça de trabalho. 0 gás de proteção ajuda a gerar o arco e protege a soldadura. À medida que o fio de elétrodo é consumido e se torna uma parte da soldadura, novo fio de elétrodo é avançado, substituindo continuamente o fio de elétrodo consumido e mantendo o arco de soldadura.

De modo a aumentar a velocidade de soldadura (por exemplo, a velocidade de avanço) e para reduzir a geração de salpicos em aplicações de soldadura, fontes de corrente de soldadura têm utilizado formas de onda modernas, que são representadas por impulso e curto-circuito controlado. Estas formas de onda normalmente usam alta corrente de pico num período de impulso curto e taxa de rampa de corrente elevada. Por exemplo, 300 amperes é geralmente considerado como uma corrente elevada para um fio de elétrodo de aço sólido com 1,14 milímetros (0,045 polegadas) de diâmetro exterior (OD) em aplicações de soldadura de tensão constante. Em contraste, em aplicações de soldadura pulsada é comum que este mesmo fio de elétrodo seja soldado a uma corrente de 450 amperes de pico. Esta corrente mais elevada em 50% resulta em mais 125% de geração de calor (em joules) na ponta de contacto - interface do fio de elétrodo, de acordo com a regra E=I2RT onde E representa o calor em joules, I representa a corrente, R representa a resistência 3 elétrica em toda a ponta de contacto - interface do fio de elétrodo, e T representa um periodo de tempo. A elevada corrente de soldadura e elevada taxa de rampa de corrente transferindo-se através da ponta de contacto - interface do fio de elétrodo durante aplicações de soldadura pulsada provoca fusão local ou evaporação (por exemplo, a erosão do arco) tanto no fio de elétrodo como na ponta de contacto. Por exemplo, marcas de queimadura formam-se sobre o fio de elétrodo à medida que é alimentado através da ponta de contacto. Este padrão de marcas de queimadura no fio de elétrodo é uma caracteristica das soldaduras de formas de ondas de impulso modernas e não é visto em fios de elétrodo alimentados através de pontas de contacto durante os modos de soldadura de tensão constante. Erosão do arco durante aplicações de soldadura pulsada provoca remoção substancial por desgaste da ponta de contacto, e dados práticos indicam que as pontas de contacto se deterioram mais rápido em aplicações de soldadura pulsada em comparação com aplicações de tensão constante. À medida que o pico de corrente de soldadura e a taxa de rampa de corrente em aplicações de soldadura pulsada são elevados, a extensão de vida da ponta de contacto torna-se mais reduzida. 0 gráfico mostrado na FIG. 1 é um gráfico da corrente de soldadura real medida 10 (em amperes) e da tensão de soldadura 11 (em volts) de uma ponta de contacto em função do tempo, numa aplicação tipica de soldadura pulsada. A forma da curva da corrente de soldadura 10 é comum para uma ponta de contacto que se deteriorou ao longo do tempo. Quando a ponta de contacto é nova, a corrente de soldadura inicial é elevada e a tensão de soldadura inicial é baixa (ver Arco no tempo = 0) . À medida que a ponta de contacto se deteriora com a utilização, a eficiência da 4 transferência de energia através da interface da ponta de contacto e do fio de elétrodo decresce, resultando numa queda da corrente de soldadura. Assim, a fonte de energia tem de empurrar com maior força elétrica (isto é, uma tensão de soldadura mais elevada) para compensar a queda na corrente provocada por uma deterioração da ponta de contacto. Quando a corrente cai para um determinado valor, o consumo de energia no arco de soldadura é insuficiente para manter a fusão apropriada do fio de elétrodo e um banho de soldadura adequado, resultando num arco instável e defeitos de soldadura, tais como "cordões magros", "cordões quebrados" e insuficiente "dimensão do cateto do cordão de ângulo", "molhabilidade", ou "penetração". Este é o mecanismo de falha mais comum para as pontas de contacto utilizadas em processos de soldadura pulsada modernos ou de curto-circuito controlado, e requer a substituição da ponta de contacto desgastada por uma nova ponta de contacto, para manter a qualidade da produção.

Além disso, com o desenvolvimento de aços de baixa liga de elevada resistência, as peças de trabalho chapa/folha de aço utilizadas hoje em dia são significativamente mais finas do que no passado. De modo a não soprar através destas folhas finas, formas de ondas de soldadura modernas normalmente utilizam uma entrada de baixa energia e produzem um comprimento de arco rigidamente controlado. Assim, os parâmetros de soldadura são definidos no inicio da soldadura com uma nova ponta de contacto de modo a não exceder um certo nivel. Caso contrário, podem ocorrer defeitos de soldadura tais como "soprar através" ou "subcotado". Ao mesmo tempo, a corrente de soldadura deve ser mantida acima de um limite inferior de modo a manter um arco estável. Estes requisitos diminuem a janela aceitável (máx. superiores e min. inferiores) de corrente de 5 soldadura que uma ponta de contacto deve fornecer, também encurtando a vida útil da ponta de contacto.

Embora muito esforço tenha sido aplicado para melhorar os materiais e a conceção de pontas de contacto de tochas de soldadura para mitigar a deterioração da ponta de contacto, quase nenhum deste esforço se concentrou nos mecanismos de deterioração das pontas de contacto como uma forma de melhorar a vida das pontas de contacto. Os dois parâmetros de deterioração significativa para a ponta de contacto são a corrente de soldadura de partida e o declive da curva de corrente de soldadura ao longo do tempo. É aparente que a vida útil da ponta de contacto pode ser significativamente melhorada se a curva da corrente de soldadura puder ser ajustada para ter uma forma conforme mostrado pela linha tracejada 12. A hipotética curva de corrente de soldadura 12 tem uma corrente de soldadura de partida baixa quando a ponta de contacto é nova (no tempo = 0), e um declive mais pequeno (valor absoluto da inclinação da curva) conforme a ponta de contacto é utilizada ao longo do tempo.

Além disso, um fator esquecido consiste na resistência elétrica do cobre (um constituinte comum de muitas pontas de contacto) ser menor do que a do ferro (normalmente encontrado em fios de elétrodos consumiveis). Devido à diferença de resistência elétrica entre estes materiais, a corrente de soldadura tende a transferir-se da ponta de contacto para o fio de elétrodo mesmo na extremidade da ponta de contacto. Como mostrado na FIG. 2A, o contorno de um fio de elétrodo 13 alimentado através de uma ponta de contacto 14 está inclinado devido ao fundido inerente (curvatura) do fio de elétrodo, e o fio de elétrodo contacta a ponta de contacto mesmo na extremidade dianteira da ponta de contacto. Esta curva mecânica assegura a 6 condução elétrica entre o fio de elétrodo e a ponta de contacto. Teoricamente, o comprimento de contacto 15 entre a ponta de contacto e o fio de elétrodo é zero (isto é, contacto de "ponto") quando a ponta de contacto 14 é nova, embora na realidade o comprimento de contacto tenha um valor pequeno, não-zero. A FIG. 2B mostra esquematicamente a área de contacto 16 no orifício da ponta de contacto 14 e a distribuição da corrente de soldadura 17 ao longo da linha central 18 da zona de contacto 16. A distribuição de picos 17 de corrente de soldadura na extremidade dianteira da ponta de contacto 14, em que a resistência elétrica é a mais baixa. Em contraste, a FIG. 3A representa o contorno do fio de elétrodo 13 através de uma ponta de contacto 19 utilizada (isto é, desgastada). À medida que a parte dianteira da ponta de contacto 19 se torna danificada e/ou "esburacada" por desgaste mecânico, erosão do arco, e/ou impacto de salpicos, uma grande área de contacto 20 desenvolve-se entre a ponta de contacto 19 e o fio de elétrodo 13. Como mostrado na FIG. 3B, o pico de corrente de soldadura 21 é encastrado mais para dentro do orifício da ponta de contacto e é mais difusamente espalhado ao longo da ponta de contacto. A distribuição irregular (isto é, pico na extremidade dianteira da ponta de contacto) da corrente de soldadura ocorre tanto em processos de tensão constante como de soldadura pulsada. Nas baixas correntes de soldadura utilizadas em aplicações de tensão constante, esta distribuição não provoca danos visíveis, e tem sido amplamente ignorada. No entanto, em aplicações de soldadura pulsada, a corrente de soldadura de elevado impulso é aumentada por esta distribuição e causa danos significativos à extremidade dianteira da ponta de contacto. Assim, se a distribuição da corrente de soldadura ao longo da área de contacto da ponta de contacto puder ser 7 feita mais "regular", o pico na extremidade dianteira da ponta de contacto vai ser reduzido, reduzindo assim a taxa de deterioração da ponta de contacto. US2004007974 descreve um aparelho e método para proteger a ponta de contacto de soldadura implementada. Em particular, uma extensão de ponta de contacto termicamente isolante é fornecida, a qual compreende um material cerâmico, tal como um cerâmico à base de Zircónio.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção proporciona uma ponta de contacto de tocha de soldadura de acordo com a reivindicação 1, na qual a corrente de soldadura é dividida, variada, e espalhada ao longo de um comprimento da extremidade dianteira de tal forma que a ponta de contacto tem geralmente uma corrente máxima de soldagem mais baixa bem como uma menor diminuição da corrente de soldadura em relação ao tempo de utilização (isto é, tempo "arco-on"), e, portanto, uma taxa de deterioração mais baixa. A presente ponta de contacto inclui geralmente um corpo de ponta de contacto e uma tampa de ponta de contacto montados numa extremidade dianteira do corpo. A tampa fornece uma porção da área de contacto entre o fio de elétrodo e a ponta de contacto durante, pelo menos, a maior parte do tempo de vida útil da ponta de contacto.

Mais particularmente, uma ponta de contacto para uma tocha de soldadura de acordo com a presente invenção inclui um corpo tendo uma extremidade de descarga dianteira, uma extremidade de alimentação traseira oposta, e um orificio que se estende ao longo do corpo. Uma tampa é montada no corpo na extremidade dianteira. A tampa tem uma abertura geralmente alinhada com o orificio. A tampa é composta de 8 um material tendo uma condutividade elétrica entre 1,74 x 107 e 4,35 x 107 Siemens por metro a 20 °C. O corpo é composto por um material selecionado do grupo consistindo de cobre e liga de cobre. O corpo tem uma condutividade elétrica que é maior do que a condutividade elétrica da tampa, isto é, o corpo pode ter uma condutividade elétrica de não menos do que 4,35 x 107 Siemens por metro a 20 °C. Uma porção do orifício na extremidade dianteira do corpo e pelo menos uma porção da abertura da tampa define uma área de contacto para um fio de elétrodo consumivel. A tampa pode ser composta por um compósito com matriz de metal de cobre. O compósito com matriz de metal de cobre pode ser um de um cobre reforçado cerâmico e uma liga de cobre reforçada de cerâmica. Um material de reforço de cerâmica no compósito com matriz de metal de cobre pode estar na forma de uma estrutura porosa, partículas, fibras, flocos, ou uma mistura de uma ou mais de partículas, fibras e flocos. A abertura da tampa pode ter um comprimento de aproximadamente 3 a 7 mm. A tampa pode ser montada no corpo por um dos seguintes métodos: prensar, forjar, soldar, brasagem, encrespar, e roscar.

Alternativamente, a tampa pode incluir mais do que uma camada. Cada uma das camadas pode ter uma espessura de até aproximadamente 4 mm. A abertura na tampa pode ter um comprimento de aproximadamente 17 mm ou menos. A tampa pode ter uma condutividade elétrica que varia gradualmente entre as camadas adjacentes.

Alternativamente, a tampa pode ser integrada no corpo. A tampa pode ser um material compósito de gradiente, e a condutividade elétrica da tampa pode diminuir a partir da 9 extremidade dianteira do corpo dianteira da tampa. A tampa pode aproximadamente 1 a 17 mm. até até ter uma extremidade uma espessura de

Alternativamente, a tampa pode ser um inserto montado no orificio na extremidade dianteira do corpo.

Numa outra forma de realização, um conjunto de tocha de soldadura de acordo com a presente invenção inclui um corpo da tocha, um pescoço que se estende a partir de uma extremidade dianteira do corpo da tocha, uma cabeça de retenção montada numa extremidade distai do pescoço, e uma ponta de contacto montada na cabeça de retenção. A ponta de contacto inclui um corpo tendo uma extremidade de descarga dianteira, uma extremidade de alimentação traseira oposta, e um orificio que se estende ao longo do corpo. Uma tampa é montada no corpo na extremidade dianteira. A tampa tem uma abertura geralmente alinhada com o orificio. A tampa é composta de um material tendo uma condutividade elétrica entre 1,74 x 107 e 4,35 x 107 Siemens por metro a 20 °C. O corpo é composto por um material selecionado do grupo consistindo de cobre e uma liga de cobre. O corpo tem uma condutividade elétrica que é maior do que a condutividade elétrica da tampa, isto é, o corpo pode ter uma condutividade elétrica de não menos do que 4,35 x 107 por metro Siemens a 20 °C. Uma porção do orificio na extremidade dianteira do corpo e pelo menos uma porção da abertura na tampa define uma área de contacto para um fio de elétrodo consumivel. A tampa pode ser composta de um compósito com matriz de metal de cobre. O compósito com matriz de metal de cobre pode ser um de um cobre com reforço cerâmico e uma liga de cobre com reforço cerâmico. Um material com reforço cerâmico no compósito com matriz de metal de cobre pode 10 estar na forma de uma estrutura porosa, partículas, fibras, flocos, ou uma mistura de uma ou mais de partículas, fibras e flocos.

Estas e outras características e vantagens da invenção serão mais completamente compreendidas a partir da seguinte descrição detalhada da invenção feita em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Nas figuras: A FIG. 1 é um gráfico de corrente de soldadura vs tempo para uma ponta de contacto convencional numa aplicação de soldadura pulsada; A FIG. 2A é uma vista esquemática de um fio de elétrodo consumível alimentado através de uma ponta de contacto convencional nova, pouco utilizada; A FIG. 2B é uma vista esquemática de uma área de contacto entre o fio de elétrodo e a ponta de contacto da FIG. 2A e a distribuição da corrente elétrica ao longo de uma linha central da área de contacto; A FIG. 3A é uma vista esquemática de um fio de elétrodo consumível alimentado através de uma ponta de contacto convencional utilizada, desgastada; A FIG. 3B é uma vista esquemática de uma área de contacto entre o fio de elétrodo e a ponta de contacto da FIG. 3A e a distribuição da corrente elétrica ao longo de uma linha central da área de contacto; 11 A FIG. 4 é uma vista em perspetiva de uma extremidade dianteira de uma tocha de soldadura incluindo uma ponta de contacto, em conformidade com a presente invenção; A FIG. 5A é uma vista em secção de uma ponta de contacto, em conformidade com a presente invenção; A FIG. 5B é uma vista esquemática, ampliada de percursos de corrente através da ponta de contacto da FIG. 5A e um fio de elétrodo; A FIG. 5C é um gráfico da resistividade elétrica dos percursos de corrente da FIG. 5B; A FIG. 5D é uma vista esquemática de uma área de contacto entre o fio de elétrodo e a ponta de contacto da FIG. 5B e a distribuição da corrente elétrica ao longo de uma linha central da área de contacto; A FIG. 6A é uma vista esquemática, ampliada de percursos de corrente através de uma ponta de contacto, em conformidade com a presente invenção e um fio de elétrodo; A FIG. 6B é um gráfico da resistividade elétrica dos percursos de corrente da FIG. 6A; A FIG. 6C é uma vista esquemática de uma área de contacto entre o fio de elétrodo e a ponta de contacto da FIG. 6A e a distribuição da corrente elétrica ao longo de uma linha central da área de contacto; 12 A FIG. 7A é uma vista esquemática, ampliada de uma ponta de contacto em conformidade com a presente invenção e um fio de elétrodo; A FIG. 7B é um gráfico da resistividade elétrica da ponta de contacto; A FIG. 7C é uma vista esquemática de uma área de contacto entre o fio de elétrodo e a ponta de contacto da FIG. 7A e a distribuição da corrente elétrica ao longo de uma linha central da área de contacto; e A FIG. 8 é uma vista em secção de uma ponta de contacto, em conformidade com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Fazendo agora referência às figuras em pormenor, o numeral 130 indica geralmente uma tocha de soldadura tal como uma tocha de soldadura por arco elétrico com gás de proteção (GMAW) ou uma tocha de soldadura semelhante. Como mostrado na FIG. 4, a tocha de soldadura 130 em linhas gerais inclui um corpo de tocha 132, um pescoço tal como um pescoço de cisne 134 que se estende a partir de uma extremidade dianteira do corpo da tocha, e um conjunto de ponta de contacto 136 numa extremidade distai do pescoço de ganso. O conjunto da ponta de contacto 136 geralmente inclui uma cabeça de retenção 138 e uma ponta de contacto 140, a qual é discutida com maior detalhe abaixo. Durante a utilização da tocha de soldadura 130, o conjunto da ponta de contacto 136 pode ser coberto e protegido por um bocal. Um cabo (não mostrado) está ligado a uma extremidade posterior do corpo da tocha 132. O cabo fornece corrente elétrica, gás de proteção, e um fio de elétrodo consumivel (por exemplo, um fio de soldadura metálico) para o corpo da 13 tocha 132. 0 fio de elétrodo percorre o corpo da tocha 132 até ao pescoço de cisne 134 e finalmente sai através de um orificio no conjunto da ponta de contacto 136. 0 fio de soldadura, quando energizado para soldadura, carrega um elevado potencial elétrico. Quando o fio de soldadura se aproxima ou entra em contacto com as peças de trabalho alvo, um arco é gerado e um circuito elétrico é completado e a corrente flui através do fio de soldadura, ao longo das peças de trabalho metálicas e até ao chão. A corrente e o arco fazem com que o fio de soldadura e o metal de base das peças de trabalho em contacto com o fio de soldadura se fundam, juntando desse modo as peças de trabalho à medida que o metal fundido solidifica.

Quanto à FIG. 5A, uma ponta de contacto 140 em conformidade com a invenção inclui um corpo 142 que pode ser alongado e geralmente cilíndrico, apesar do corpo não estar limitado a qualquer forma específica. O corpo 142 tem uma extremidade de descarga dianteira 144 e uma extremidade de alimentação traseira oposta 146. A porção de extremidade posterior 146 do corpo pode incluir roscas ou outras características de montagem semelhante adequadas para instalar a ponta de contacto 140 na cabeça de retenção. Um orifício 148 estende-se ao longo do corpo 142 a partir da extremidade posterior 146 até à extremidade dianteira 144. O contorno do orifício 148 não está limitado a qualquer forma ou dimensão particular. No entanto, o orifício 148 tem tipicamente uma porção dianteira estreita (ou seja, de pequeno diâmetro) tendo um diâmetro que é ligeiramente maior do que o diâmetro de um fio de soldadura de elétrodo consumível 150 alimentado através da ponta de contacto 140 durante a utilização da tocha de soldadura. 14

Uma tampa 152 é montada no corpo 142 na extremidade dianteira 144 por prensagem, forjamento, aperto, soldadura, ou brasagem da tampa sobre o corpo. Alternativamente, a tampa 152 pode incluir meios de montagem tais como roscas (por exemplo, roscas padrão, roscas trapezoidais, etc.) ou semelhantes para ligar a tampa ao corpo 142. A tampa 152 pode incluir uma cabeça 154 e uma parede lateral 156 que se estende desde a cabeça. A cabeça 154 pode ser geralmente de forma circular e tem uma abertura 158 que se estende através da mesma a qual está geralmente alinhada com o orifício 148 no corpo 142. A abertura 158 pode ter um comprimento de cerca de 3 a 7 mm. Neste caso, a cabeça 154 tem uma espessura entre 3 e 7 mm. A tampa 152 é composta de um material tendo uma condutividade elétrica entre 1,74 x 107 e 4,35 x 107 Siemens por metro a 20 °C, ou seja, entre 30% e 75% IACS (International Annealed Copper Standard) a 20 °C , em que um valor de IACS 100% se refere a uma condutividade de 5,80 x 107 Siemens por metro a 20 °C. A tampa pode ser composta de um material compósito com matriz de metal de cobre. Por exemplo, a tampa pode ser feita de um cobre com reforço cerâmico ou liga de cobre com reforço cerâmico. Os reforços cerâmicos na liga cobre/cobre com reforço cerâmico podem estar na forma de uma estrutura porosa, partículas, fibras, flocos, ou uma mistura de uma ou mais partículas, fibras e flocos. O corpo 142, por outro lado, é composto tanto de cobre como de uma liga de cobre, e o material que forma o corpo tem uma condutividade elétrica que é maior do que a condutividade elétrica da tampa. Por exemplo, o corpo pode ter uma condutividade elétrica não inferior a 4.35 x 107 Siemens por metro a 20 °C, isto é, não inferior a 75% IACS a 20 °C. 15

Uma porção do orifício 148 na extremidade dianteira 144 do corpo 142 e, pelo menos, uma parte da abertura 158 na tampa 152 define uma área de contacto 160 para o fio de elétrodo consumível 150 de tal modo que o fio de elétrodo consumível alimentado através da ponta de contacto 140 contacte simultaneamente tanto o corpo 142 como a tampa 152 durante um período de vida útil da ponta de contacto e, assim, a corrente de soldadura transfere-se da ponta de contacto até ao fio de elétrodo através de mais do que um material.

Tal como mostrado nas FIGS . 5A e 5B, a corrente elétrica geralmente percorre dois percursos 162 , 164 a partir da ponta de contacto 140 até ao fio de elétrodo consumível 150. O primeiro percurso 162 começa na parte traseira do corpo da ponta de contacto 142, atravessa o corpo e ao longo de uma interface 166 entre o corpo e a tampa da ponta de contacto 152, passa através da tampa e ao longo de um ponto de extremidade dianteira 168 da área de contacto 160 entre a tampa e o fio de elétrodo 150, até uma extremidade dianteira 170 do fio de elétrodo. A interface 166 entre o corpo da ponta de contacto 142 e a tampa da ponta de contacto 152 é preferencialmente distai a partir da interface da ponta de contacto 140 com o fio de elétrodo 150. Isto assegura que o contacto elétrico entre o corpo 142 e a tampa 152 é espaçado do arco de soldadura durante a utilização da tocha de soldadura. O segundo percurso 164 começa a partir da parte de trás do corpo da ponta de contacto 142, segue através do corpo e ao longo de um ponto de extremidade dianteira 172 da área de contacto 160 entre o corpo e o fio de elétrodo 150, até à extremidade dianteira 170 do fio de elétrodo. O primeiro e segundo percursos 162, 164 geralmente começam e terminam no mesmo local mas caso contrário divergem no percurso a partir da ponta de contacto 140 até ao fio de elétrodo 150. 16

Tal como mostrado nas FIGS. 5B e 5C, a resistência elétrica através da tampa da ponta de contacto 152 é maior do que a resistência elétrica através do corpo da ponta de contacto 142. Como mostrado na FIG. 5D, a corrente de soldadura divide aproximadamente pela metade entre o corpo da ponta de contacto 142 e a tampa da ponta de contacto 152, e picos tanto no primeiro percurso 162 como no segundo percurso 164 nos respetivos pontos de interface 168, 172 com o fio de elétrodo 150. O primeiro pico 174 no primeiro percurso 162 é, geralmente, igual em magnitude com o segundo pico 176 no segundo percurso 164. A corrente de soldadura 17 de uma ponta de contacto convencional é sobreposta no gráfico em linha tracejada (com base no pressuposto de que a mesma quantidade de energia é transferida da ponta de contacto até ao fio de elétrodo ao longo de ambos os percursos de corrente). É aparente que o valor máximo 178 da corrente de soldadura da ponta de contacto 140 de acordo com a presente invenção é significativamente menor do que o valor máximo 23, da corrente de soldadura ao longo da ponta de contacto convencional. Devido à baixa corrente máxima de corrente de soldadura na presente ponta de contacto 140, em comparação com pontas de contacto convencionais, a corrente de soldadura vs a curva de tempo no arco é mais plana (ou seja, horizontal) tal como a curva hipotética 12 mostrado na FIG. 2. Em outras palavras, a diminuição na inclinação da corrente de soldadura em relação ao tempo é mais amena (inferior) para a presente ponta de contacto 140, e assim a taxa de deterioração da ponta de contacto 140 é mais baixa, prolongando desta forma a vida útil da ponta de contacto.

Numa outra forma de realização mostrada na FIG. 6A, a tampa da ponta de contacto 252 da ponta de contacto 240 pode incluir uma pluralidade de camadas. Na forma de realização mostrada, a tampa 252 tem quatro camadas 280, 17 281, 282, 283. A primeira camada 280 é geralmente formada pela cabeça 254 da tampa da ponta de contacto 252, e a segunda, terceira e quarta camadas 281, 282, 283 podem ser folhas condutoras, placas, ou similares, que são colocadas no interior da parede lateral 256 da tampa 252 entre a cabeça 254 e o corpo da ponta de contacto 242. As camadas 281, 282, 283 podem ser feitas a partir do mesmo material que a tampa da ponta de contacto 252, ou estas podem ser feitas de materiais diferentes do que os da tampa, tais como outras ligas de cobre ou material semelhante, tendo uma condutividade elétrica entre a da tampa 252 e a do corpo 242. Em outras palavras, as camadas 280, 281, 282, 283 podem ser todas feitas do mesmo material, ou as camadas podem ser feitas de vários materiais de tal forma que cada uma das camadas é feita de um material que é diferente do de algumas ou todas as outras camadas. Assim, a condutividade elétrica das camadas pode variar gradualmente entre as camadas adjacentes. Por exemplo, a condutividade elétrica das camadas pode aumentar a partir da extremidade dianteira da ponta no sentido da extremidade posterior. A camada mais externa (isto é, perto da frente) podem ter a mais baixa condutividade, e a camada mais interna pode ter a maior condutividade que está mais próxima em condutividade do que a do corpo da ponta de contacto. Cada uma das camadas pode ter uma espessura de aproximadamente 1,5 a 3 mm de tal forma que a espessura total de uma área de contacto entre a ponta de contacto 240 e um fio de elétrodo é de até cerca de 17 mm.

Nesta forma de realização, a corrente elétrica geralmente percorre cinco percursos 284, 285, 286, 287, 288 desde a ponta de contacto 240 até ao fio de elétrodo consumivel 250. O primeiro percurso 284 começa na parte traseira do corpo da ponta de contacto 242, segue ao longo do corpo e através de uma interface entre o corpo e a tampa 18 da ponta de contacto 252, passa através da tampa e ao longo de um ponto de extremidade dianteira da área de contacto entre a primeira camada 280 da tampa e o fio de elétrodo 250, até uma extremidade dianteira 270 do fio de elétrodo. O segundo percurso 285 começa a partir da parte traseira do corpo da ponta de contacto 242, segue através do corpo e ao longo de uma interface entre o corpo e a tampa da ponta de contacto 252, passa através da tampa e ao longo de um ponto de extremidade dianteira de uma área de contacto entre a segunda camada 281 da tampa e o fio de elétrodo 250, até à extremidade dianteira 270 do fio de elétrodo. O terceiro percurso 286 começa a partir da parte traseira do corpo da ponta de contacto 242, segue através do corpo e ao longo de uma interface entre o corpo e a tampa da ponta de contacto 252, passa através da tampa e ao longo de um ponto de extremidade dianteira da área de contacto entre a terceira camada 282 da tampa e o fio de elétrodo 250, até à extremidade dianteira 270 do fio de elétrodo. O quarto percurso 287 começa a partir da parte traseira do corpo da ponta de contacto 242, segue através do corpo e ao longo de uma interface entre o corpo e a tampa da ponta de contacto 252, passa através da tampa e ao longo de um ponto de extremidade dianteira da área de contacto entre a quarta camada 283 da tampa e o fio de elétrodo 250, até à extremidade dianteira 270 do fio de elétrodo. O quinto percurso 288 começa a partir da parte traseira do corpo da ponta de contacto 242, segue através do corpo e ao longo de um ponto de extremidade dianteira da área de contacto entre o corpo e o fio de elétrodo 250, até à extremidade dianteira 270 do fio de elétrodo. Os percursos 284, 285, 286, 287, 288 geralmente começam e terminam na mesma localização mas de outra forma divergem no percurso desde a ponta de contacto 240 até ao fio de elétrodo 250. 19

Como mostrado na FIG. 6B, a resistência elétrica aumenta gradualmente desde o corpo da ponta de contacto 242 até às quatro camadas 280, 281, 282, 283. Além disso, as resistências elétricas dos cinco percursos de corrente 284, 285, 286, 287, 288 são geralmente iguais ou semelhantes umas às outras na extremidade dianteira 270 do fio de elétrodo 250. Além disso, à medida que a corrente de soldadura percorre desde a camada de tampa da ponta de contacto 283 junto ao corpo da ponta de contacto 242 até às camadas 280, 281, 282 na extremidade dianteira da tampa com a ponta de contacto 252, as resistências elétricas dos interfaces entre as camadas geralmente acumulam e dissipam a corrente de soldadura para o fio de elétrodo 250 numa quantidade aproximadamente igual ao longo da área de contacto 260 entre a ponta 240 e o fio de elétrodo. Assim, como mostrado na FIG. 6C, a distribuição da corrente de soldadura 289 ao longo de uma linha central da área de contacto 2 60 é uma curva em onda, e a corrente máxima de soldadura 278 da ponta de contacto 240 de acordo com a presente invenção é significativamente mais baixa do que o valor máximo 23 da corrente de soldadura 17 através de uma ponta de contacto convencional.

Numa outra forma de realização mostrada na FIG. 7A, a tampa da ponta de contacto 352 da ponta de contacto 340 pode ser um material compósito de gradiente integrado no corpo da ponta de contacto 342. A tampa da ponta de contacto 352 formada do material compósito de gradiente pode ter uma espessura (isto é, o comprimento ao longo do eixo da ponta de contacto 340) de até cerca de 17 mm, o qual é o comprimento eficaz da área de contacto entre a ponta de contacto 340 e fio de elétrodo 350. O "material compósito de gradiente" é aquele em que a composição varia de uma extremidade do membro até uma extremidade oposta. Por exemplo, a composição da tampa 352 varia de uma 20 extremidade adjacente ao corpo 342 até uma extremidade dianteira oposta da ponta de contacto 340 de modo que a resistência elétrica da tampa aumenta no sentido da extremidade dianteira da ponta de contacto como mostrado na FIG. 7B. Assim, a distribuição da corrente de soldadura 390 ao longo de uma linha central da área de contacto 360 forma uma linha geralmente plana tendo uma corrente máxima de soldadura que é significativamente menor do que a corrente de soldadura 17 através de uma ponta de contacto convencional, como mostrado na FIG. 7C.

Em ainda outra forma de realização mostrada na FIG. 8, a tampa da ponta de contacto 452 da ponta de contacto 440 pode ser um inserto montado numa porção alargada do orificio 448 do corpo da ponta de contacto 442. A tampa 452 inclui uma abertura 492 que é geralmente coaxial em relação ao orificio 448. Um fio de elétrodo 450 alimentado através da ponta de contacto 440, passa através do orificio 448 e da abertura 4 92 e sai numa extremidade dianteira 4 94 da tampa 452. A corrente elétrica geralmente percorre dois percursos 495, 496 desde a ponta de contacto 440 até ao fio de elétrodo consumivel 450. O primeiro percurso 495 começa a partir da parte traseira do corpo da ponta de contacto 442, segue através do corpo e ao longo de uma interface entre o corpo e a tampa da ponta de contacto 452, passa através da tampa e ao longo de um ponto de extremidade dianteira da área de contacto entre a tampa e o fio de elétrodo 450, até uma extremidade dianteira 470 do fio de elétrodo. O segundo percurso 496 começa a partir da parte traseira do corpo da ponta de contacto 442, segue através do corpo e ao longo de um ponto da extremidade dianteira da área de contacto entre o corpo e o fio de elétrodo 450, até à extremidade dianteira 470 do fio de elétrodo. Semelhante às formas de realização anteriores, o mesmo principio geral aplica-se a esta forma de realização 440: na ponta de 21 contacto, o fio de elétrodo 450 toca, e a corrente transfere-se através deste mais de um material (tendo diferentes condutividade/resistência) durante a maioria do tempo de vida útil em serviço (ou seja, a vida útil) da ponta de contacto. Portanto, o pico de corrente de soldadura através da ponta de contacto 440 é reduzido, e a taxa de deterioração da ponta de contacto, consequentemente, diminui.

Embora a invenção tenha sido descrita com referência a formas de realização especificas, deve ser entendido que numerosas mudanças podem ser feitas dentro do âmbito da invenção. Desta forma, pretende-se que a invenção não seja limitada às formas de realização descritas, mas que tenha o âmbito completo definido pela linguagem das seguintes reivindicações.

Lisboa, 11 de Setembro de 2013

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma ponta de contacto (140) para uma tocha de soldadura (130), a ponta de contacto, incluindo: um corpo (142) tendo uma extremidade dianteira de descarga (144), uma extremidade de alimentação posterior oposta (146), e um orifício (148) estendendo-se através do referido corpo; e uma tampa (152) montada no referido corpo na referida extremidade dianteira, a referida tampa tendo uma abertura (158) geralmente alinhada com o referido orifício, uma porção do referido orifício na extremidade dianteira do referido corpo e pelo menos, uma porção da referida abertura na referida tampa definindo uma área de contacto (160) para um fio de elétrodo consumível (150); e o referido corpo ser constituído por um material selecionado a partir do grupo consistindo de cobre e liga de cobre, o referido corpo tendo uma condutividade elétrica que é maior do que a condutividade elétrica da referida tampa, caracterizado por a referida tampa ser constituída por um material tendo uma condutividade elétrica entre 1,74 x 107 e 4,35 x 107 Siemens por metro a 20 °C. 2

2. A ponta de contacto (140) da reivindicação 1, em que a referida tampa (152) é composta por um compósito com matriz de metal de cobre.

3. A ponta de contacto (140) da reivindicação 2, em que o compósito com matriz de metal de cobre é um de um cobre com reforço cerâmico e liga de cobre com reforço cerâmico.

4. A ponta de contacto (140) da reivindicação 3, em que um material de reforço cerâmico no compósito de matriz de metal de cobre é na forma de um selecionado do grupo consistindo de uma estrutura porosa, particulas, fibras, flocos, e uma mistura de uma ou mais de particulas, fibras e flocos.

5. A ponta de contacto (140) da reivindicação 1, em que o referido corpo (142) tem uma condutividade elétrica não inferior a 4,35 x 107 Siemens por metro a 20 °C.

6. A ponta de contacto (140) da reivindicação 1, em que a abertura (158) na referida tampa (152) tem um comprimento de cerca de 3 a 7 mm.

7. A ponta de contacto (140) da reivindicação 1, em que a referida tampa (152) é montada no referido corpo (142) por um de prensar, forjar, soldar, brasagem, encrespar, e roscar.

8. A ponta de contacto (140) da reivindicação 1, em que a referida tampa (252) inclui mais do que uma camada (280, 281, 282, 283). 3

9. A ponta de contacto (140) da reivindicação 8, em que cada camada (280, 281, 282, 283) tem uma espessura de até cerca de 4 mm.

10. A ponta de contacto (140) da reivindicação 8, em que a abertura na referida tampa (252) tem um comprimento de aproximadamente 17 mm ou menos.

11. A ponta de contacto (140) da reivindicação 8, em que referida tampa (252) tem uma condutividade elétrica que varia gradualmente entre as referidas camadas adjacentes (280, 281, 282, 283).

12. A ponta de contacto (140) da reivindicação 1, em que referida tampa (352) está integrada no referido corpo (342) .

13. A ponta de contacto (140) da reivindicação 12, em que referida tampa (352) é um material compósito gradiente, e a condutividade elétrica da referida tampa diminui a partir da extremidade dianteira do referido corpo (342) até uma extremidade dianteira da referida tampa.

14. A ponta de contacto (140) da reivindicação 12, em que a referida tampa (352) tem uma espessura de até cerca de 17 mm.

15. A ponta de contacto (140) da reivindicação 1, em que a referida tampa (452) é um inserto montado no referido orifício (448) na extremidade dianteira do referido corpo (442) .

16. Um conjunto de tocha de soldadura (130), compreendendo: 4 um corpo da tocha (132); um pescoço (134) estendendo-se a partir de uma extremidade dianteira do referido corpo da tocha (132) ; uma cabeça de retenção (138) montada numa extremidade distai do referido pescoço (134); e a ponta de contacto (140) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, montada sobre a referida cabeça de retenção (138). Lisboa, 11 de Setembro de 2013