TW426566B - Electrode for plasma arc torch and method of making same - Google Patents

Description

426566, 五、 發明說明（1) 發 明 領 域 ; 本 發 明 關 於 漿 電 孤 焊 炬 > 特 別 關 於 在 電 漿 電 弧 焊 炬 中 用 以 支 撐 帶 之 電 極 0 發 明 背 景 ; 電 漿 電 紙 焊 炬 已 普 遍 用 於 金 屬 加 工 例 如 切 割 焊 接 1 表 面 處 理 J 埶 融 以 及 退 火 〇 此 焊 炬 包 含 一 % 極 支 撐 著 電 其 在 操 作 之 轉 換 電 弧 模 式 中 自 電 極 處 伸 展 0 漩 渴 狀 燃 氣 流 環 繞 著 孤 且 在 某 些 焊 炬 ^rt-3又 計 中 以 漩 渦 狀 噴 射 水 柱 包 覆 著 燃 氣 及 孤 0 傳 統 焊 炬 中 所 使 用 之 電 極 包 括 - 加 長 管 狀 構 件 其 由 埶 傳 .導. 率 之 村 料 組 成 例 如 銅 或 銅 合 金 〇 管 狀 電 極 之 前 端 或 放 電 端 包 含 ——* 底 端 壁 部 » 放 射 性 元 件 埋 入 其 中 支 撐 著 電 弧 0 元 件 由 相 當 低 功 能 之 材 料 組 成 其 係 電 壓 (e V) 之 電 位 技 藝 中 加 以 界 定 其 可 在 已 知 /JE2. 度 下 自 金 屬 表 面 處 產 生 轨 電 子 放 射 σ 就 其 低 功 能 而 該 元 件 在 承 受 一 電 壓 時 可 發 射 出 電 子 > 且 一 般 做 為 放 射 性 材 料 包 括 給 錯 > 鎢 及 其 合 金 0 所 述 焊 炬 有 一 明 顯 之 問 題 為 電 極 之 壽 年 較 短 特 別 是 當 焊 炬 與 氧 化 之 燃 氣 使 用 時 例 如 空 氣 中 氧 0 當 燃 氣 快 速 的 使 包 圍 放 射 性 元 件 之 銅 電 極 氧 化 且 銅 之 氧 化 使 其 功 能 降 低 j 其 結 果 為 環 繞 著 放 射 性 元 件 之 氧 化 銅 開 始 支 撐 著 電 孤 而 非 該 元 件 0 此 時 氧 化 銅 及 銅 支 撐 件 融 化 、緣 成 電 極 提 早 損 壞 〇 本 發 明 創 作 者 先 前 已 發 展 種 壽 年 明 顯 改 良 之 電 極 其

第6頁 426566, 五、發明說明（2) 揭示於U· S_第5, 02 3, 425號專利中且為本案誃明書所來考 列舉者，製造該電極之方法揭示於U.S.第丨1號專 利且為本案說明書所參考列舉者。第5,〇23,425號專利所 m::金屬管狀支料，其在前端處支樓-放 射性兀件，且具有一非放射性隔離件 套管環繞著放射性元件卫#於劝斛ω β忑&離忏次 間，因此將放射性元=元件與金屬支禮件之 利所揭示之套管宜由銀：。第5,〇23,425號專 何其氧化物皆為不良^ 了易生成氧化物。銀與任 元件發射而非由套瞀或屬 此電弧將持續由放射性 延長'套管之一端，金屬支访件發射，故壽年可明顯的 面，該端面為套管之;；支撐件以及放射性元件之尾端同平 具體實施例。 向向外伸展環狀凸緣部位所界定之 第 5，097，111 號皇 & 包括在圓柱狀銅或麵人揭^一種製造電極之方法，其步驟 含有一環狀外側端部σ .、’坯料正面處形成一凹孔，該凹孔 位。第二種非放射f =承接非放射性構件之環狀凸緣部 中。之後藉由-銀==祖例如銀，係密接於凹孔 射性坯料治金接合私 ；’圓盤插入凹孔中而將非放

料。該組合件受埶至。凹孔中，隨後再插入非放射性坯 土·Ι „ , ’、< —溫度，其僅V 接材，斗二！1過程中非放射性述料俜5融化銅鋅焊接材 接材科向上流動復蓋住 ^壓入凹孔中使銅鋅焊 非放射丨生坯枓中。 付蚪冶金接合該元件於 〇人再將非放射忖+2_ __ 枝料軸向鑽孔，並將 面。之後冷却該組合 .科與凹孔之間的整個界 〇件，銅鋅焊接枒丨 盈收a # τ+治金接合該元件於

第7頁 426566 * 五、發明說明（3) 一圊柱狀放射性元件密接於所形成之開口中。為完成電極 之製造，對組合件之正面加工而提供一平滑之外側表面， 其包含一放射性元件之圓形外側端面，非放射坯料之環繞 環狀物以及金屬支撐件之外側環狀物。 1990年10月8日登錄以及1992年5月21曰發表之曰本第 4- 1 47 7 72號專利申請案揭示一電漿電胍焊炬用電極，其具 有一銅支撐件及一圓柱狀功能插入件以便支撐電弧，以及 一位於功能插入件與支撐件之間的金屬隔離物以便在其間 完成熱電接合。如傳統之電漿電弧焊炬中，支撐件藉由冷 却劑在其中循環而加以冷却。該專利申請案所揭示之金屬 間隔物之目的係增加支撐件與功能插入件之間的熱傳比 率，因此可改良功能插入件之冷却而增加電極之壽年。金 屬間隔物由一中空圓柱狀構件組成，其兩端開口且環繞著 圓柱狀功能插.入件。金屬間隔物為含有24至9 5%銀與5至 74?6銅之銀合金的具體實施例，此合金可達成之目標為金 屬間隔物之融點溫度低於支撐件與功能插入件，因此功能 插入件與支撐件之間的金屬層先行熱融且在其間流動，其 可保護支撐件免於受到電漿電弧影響並吸收蒸發潛熱所產 生功能插入件之尖端處熱量。合金之銅成份有利於散佈銅 支撐件與放射性元件接合之熱量，該放射性元件由铪或其 合金，锆及其合金組成。該專利申請案揭示金屬間隔物之 徑向厚度為0.01至0.8mm，較大之厚度非吾人所欲見’其 原因為金屬間隔物可熱融並允許功能插入件之溫度低於支 撐件。

第8頁 426566 Λ 五、發明說明（4) 發明概要： 本發明欲改良上述第5，0 2 3，4 2 5號專利所揭示電極之長 度及壽年，並提供一種、製_造該電極之方法，其較上述第5， 0 9 7, 1 1 1號專利所揭示之方法簡單。第5, 0 2 3, 42 5號專利所 揭示之電極壽年對非放射性構件之銀合金成份非常敏感， 且隨著成份組成之不同而有不同之壽年變化。本發明提供 之電極具有相當低放射性之隔離件，其由特定之銀合金製 成而顯著的增加電極之壽年。 根據本發明一較佳具體實施例，用以在電漿電弧焊炬中 支撐電弧之電極包括一金屬支撐件，其正面具有一貯放空 間。.一非放射性之隔離件安裝在該貯放空間中且具有一凹 礼，該隔離件由銀合金構成，其0. 5至4%之材料係選自 銅，紹，鐵，錯，鋅及其合成之群組。這些材料可為元素 之形式或氧化物之形式。一相當低功能材料之放射性元素 安裝在相非低放射性之隔離件凹孔中，因此隔離件位於金 屬支撐件與支撐件正面處放射性元素之間並將其隔離開。 令人訝異的是根據本發明製造之電極壽年大於其他相同 電極之平均奇年1該電極具有銀合金組成之非放射性隔離 件，該銀合金含有大於約4%之銅。此外，若銀成份過高1 電極之壽年將降低。舉例而言，含有由純度0 . 9 9 9 7銀所製 造之非放射性隔離件之電極壽年低於其他相同電極之平均 壽年，該電極之非放射性隔離件由含有0 . 5 %銅之銀製成。 另一令人驚舒的是隔離件成份之選取須考量其輪廓以及 電極之製造方法，以確保電極具有吾人可接受之壽年。舉

Λ 265 6 6 , 五、發明說明（5) 例而言1當隔離件之材料為銀（92. 5%銀與平衡之鋼或其他 材料）且為鉚釘形狀，其具有圓柱狀本體以及界定隔離件 外側表面之環狀凸緣，吾人發現若電極以冷作製程製造則 其壽年相當的短，該製程破壞銅支撐件中放射性插入件及 隔離件，因此使這些構件快速膨脹且固定於支撐件中。然 而，當相同構造之隔離件由含低比率銅，例如約‘2至3%， 之銀製成時*該冷作變形方法可製造出壽年較長之電極。 相反的，若隔離件未包含環狀凸緣，冷作變形方法與銀合 金作用良好，該銀合金含有約0 . 2 5至1 0 %銅。 因此，本發明亦提供一種製造電漿電弧焊炬用電極之方 法.，該.方法相當的簡單且成本低廉》本發明之方法包括形 成一金屬支撐件，其在金屬坯料平坦正面處形成一貯放空 間，該貯放空間沿著垂直於正面之軸線伸展且在坯料中含 有一端壁。非放射性隔離件由塑性可變形之非放射性材料 製成，該隔離件之外側表面在第一及第二端面間伸展。非 放射性隔離件之外側表_面構造可密接在金屬支撐件之貯放 空間中，非放射性隔離件之長度使第一端面呈平坦狀且與 金屬支撐件之前端相鄰接，此時第二端面係與貯放空間之 端壁鄰接。一凹孔位於非放射性隔離件之第一端面中。該 方法另包括自塑性可變形材料形成一放射性元件，該材料 之功能低於非放射性隔離件，放射性元件可滑入隔離件之 凹孔中，當完全滑入時係充滿著該凹孔且一端面與隔離件 之第一端面高度相同。 為能組裝電極，隔離件係插入金屬支撐件之貯放空間中

第10頁 7?_、Η 皆明說明（6) 使 隔 離 件 之 第 二 端 面 與 貯 放 空 間 之 端 壁 鄰 接 以 及 隔 離 件 之 第 一 端 面 與 金 屬 支 撐 件 之 正 面 鄰 接 0 放 射 性 元 件 插 入 隔 離 件 之 凹 孔 中 直 到 放 射 性 元 件 之 端 面 與 隔 離 件 之 第 一 端 面 度 相 同 為 止 0 之 後 在 平 行 於 金 屬 支 撐 件 轴 線 之 方 向 中 施 加 作 用 力 至 放 射 性 元 件 之 端 面 以 及 隔 離 件 之 第 一 端 面 因 此 使 放 射 性 元 件 及 隔 離 件 塑 性 徑 向 向 外 變 形 直 到 放 射 性 元 件 緊 抓 固 定 於 非 放 射 性 隔 離 件 中 以 及 金 屬 支 撐 件 緊 抓 固 定 該 隔 離 件 0 在 本 發 明 方 法 一 較 佳 具 體 實 施 例 中 隔 離 件 具 有 一 中 空 圓 柱 狀 本 體 以 及 底 端 壁 部 其 密 封 本 體 之 一 端 隔 離 件 由 銀 合 金 製 成 該 合 金 含 有 約0. 25 至 1 ◦ %銅 在 本 發 明 另 — 較 佳 具 體 實 施 例 中 隔 離 件 具 有 一 中 空 圓 柱 狀 本 體 一 密 封 該 本 體 一 端 之 底 端 壁 部 以 及 一 環 狀 凸 緣 j 該 凸 緣 與 本 體 之 另 端 接 合 0 隔 離 件 由 銀 合 金 製 成 J 該 合 金 含 有 0. 5至4 %銅 ，以2 至 3°/〇 較 佳 〇 放 射 性 元 件 與 非 放 射 性 隔 離 件 之 塑 性 變 形 係 藉 由 打 擊 放 射 性 元 件 之 端 面 及 隔 離 件 之 第 一 端 面 該 隔 離 件 具 有 工 具 之 平 坦 圓 形 加 工 表 面 ) 且 該 加 工 表 面 之 外 徑 略 小 於 金 屬 支 撐 件 貯 放 空 間 之 直 徑 0 之 後 由 金 屬 支 撐 件 前 端 處 加 工 而 在 電 極 上 形 成 之 平 坦 端 面 1 非 放 射 性 隔 離 件 之 第 一 端 面 以 及 放 射 性 元 件 之 端 面 皆 呈 平 坦 狀 且 南 度 相 同 0 圖 說 概 述 ; 本 發 明 前 述 以 及 其 他 之 @ 的 j 特 徵 及 優 點 在 參 考 下 列 某

第11頁 4 2 6 5 6 6 五、發明說明（7) 些J佳具體實施例並配合附圖而 幸 圖1為電漿電弧焊& 孑班之說明，其中： 之特徵，· 矩之側邊剖視圖，其具體實現本發明 發明電極之放大視圖: 圖4至7顯示根據本放大^剖視圖； 圖8為加工後電極之端視以；製这ι極較佳方法之步驟； 圖9頬似圖6，其顯示 隔離件之電極； 衣 法用於具有鉚釘型式 圖1 〇類似圖3，复批- 極；與 /、4示具有鉚釘型式隔離件之加工後電 圖】1為根據本發明所制泰 ' 之壽年為銀入全ps ^ 农。宅 4 έ式結杲，其顯示電極 圖說❹。金㈣件含銅量百分比之函數。 例參ΚΙ。’包其Λ示/嘴， 銅或銅合金^且械。電極14由 J二/頂、官狀構件15為加長之開口管狀構造且界定 線。頂端管狀構件15包含-内側螺紋底端 二位：：支⑸m亦為管狀構造且包含—底前端及一頂後 二。=端壁部18封閉支樓件16之前端並界定一外側正面 2◦(圖2所示）。支樓件Μ之饴 ,,„ , 牙干之仅知具有内螺紋並旋緊接合至 頂私Ί*忒構件丨5之底端部位1 7。 參見圓2及3，支樓件i 6在後端19處開口，因此支樓件16 426566

A 五、發明說明（8) 為杯狀構造益界定内部凹孔22。支撐件16之前端壁部丨8勺 含一圓柱狀頭部23 ’其沿著縱向轴線向後伸展進入内= 孔22 :貯放空間24位於前端壁部U之正面2〇中並沿著唆 柏線向後伸展進入頭部23之一部份中。貯放空間24為 狀且包含一錐狀内側端壁2 5，錐狀内側端壁2 5之一半 約為6 5至7 5度。 ~ 度 放射性元件總成2 6文裝在貯放空間2 4中益包括一圓柱狀 放射性元件2 8 ’其沿著縱向輕線共轴配置且其圓形外側端 面29位於支樓件16之正面20之平面中。放射性元件μ亦力 含一圓形内側端面3 0 ’其位於貯放空間2 4中並與外側端^ 2 9相.對。放射性元件2 8之金屬材料具有相當低之功能，其 範圍約為2.7至4. 2ev，因此在施加一電位時可釋放出電 子’此材料之範例為給，錯，鶴及其合金。 放射性元件總成26亦包含一非放射性隔離件32，1位於 貯放空間24中並與放射性元件28共軸。隔離件“具^周邊 壁部33(圖4至5所示）與密閉之底端壁部34，壁部33伸展 射性元件28之長度。雖然本發明之範疇包含其他幾何认 廓’周邊壁部33在隔離件之長度上具有固定之外徑 放空間24包含錐狀端壁25時，密閉底端壁仙所界定:夕( 側端面為錐狀以便配合錐狀端壁25之形狀。隔離件”包么 一開口使位於其中之圓桎狀凹孔3 5為閉塞之圓柱狀孔，二 與縱向轴線共料且放射性元件28可完全充滿凹孔3δ 3如圖 4所示，隔離件之底端壁部3 4所界定之内側表面37與放 性兀件28鄰接，内側表面37具有—平坦圓形中心部位3 7a 1 _____ 1 1 醒圓_ 第13頁 4265 66 , 五、發明說明（9) 及一戴頭錐狀外側部位3 7 b，該中心部位3 7 a與縱向軸線垂 直，該載頭錐狀外側部位3 7 b與縱向軸線共軸具其一半之 角度約為3 0度。放射性元件2 8之内側端面3 0係配合内側表-面3 7之輪廓，因此内側端面3 0包含一平坦圓形中心部位 3 0 a及一戴頭錐狀外側部位3 0 b (圖6所示），載頭錐狀外側 部位3 0 b之一半角度約為3 0度。 隔離件3 2亦包含一外側端面3 6，其與放射性元件2 8之圓 形外側端面2 9以及支撐件1 6之正面2 0同高。隔離件3 2沿著 其長度在外側端面36處之徑向厚度至少為〇. 25mm (0.01 i n c h)’.且放射性元件2 8之直徑約為隔離件外側端面3 6外 fe之3 0.至8 0 ?《。在一特定實例中，放射性元件2 8之直徑約 為 2ιπτη(0. 08 inch)且長度約為 6mm (0.24 inch)，隔離件 32之外徑約為4mm(0.16 inch)。 隔離件32由低功能之金屬材料製成，其功能大於支撐件 1 6之材料以及放射性元件2 8之材料。特別是隔離件之金屬 材料功能至少約4. 3 ev。 根據本發明之隔離件3 2由銀合金材料製成，其包括約 〇，5至4 %之外加材料’該材料係選自鈉，鋁，鐵，鉛，鋅 及其5金所組成之群組。如前文所述，外加之材料可為元 素或轧化物形式，例如此處所利用之銅係指元素形式及氧 化物形式’對铭以及其他材料而言狀況皆相同。若隔離件 由銀製成’其純度過高例如0 . 9 9 9 7純度銀，電極之壽年將 降低。若隔離件由銅含量大於3%之銀製成，電極之壽年開 始下降。因此，銀合金外加材料之最佳範圍約為〇, 5至

第14頁 4 265 6 6, 4 265 6 6, ----* 五、發明說明（ίο) 件與隔離件之間產生間隙。 再次參見圖1，在所示之具體實施例中電極丨4係安裝在 4%，其讓電極具有最佳之壽 特別是製成隔離件之銀合 料，其以銅為較佳之外加材 雖然不希望受到理論之限制 而言意想不到之優點之一可 昇了銀之功能或在某些層面 另一玎能之原因為純銀具有 由純銀製成的隔離件在焊炬 件與銅支撐件之間產生—間 大於銅。該間隙在後續操作 至銀.中.，隔離件在遠低於熱 這點町解釋為何具有銀銅合 年。 金含有1 . 5至3. 5¾之外加材 料’且合金申含有2至3%銅。 ’本發明創作者相信對本發明 能解釋原因為鈉之外加材料提 上減少銀支撐電弧之可能性。 相當低的拉伸變形強度，因此 消失以及電極冷却時能在隔離 隙’其緣由係銀之熱膨脹係數 中使隔離件過熱，藉由銅外加 膨脹應力之情況下不致變形， 金隔離件之電極不易在銅支撐 電漿電弧焊炬本體38中，其包含燃氣通道4〇及液體通道 4 2。焊炬本體3 8為外側絕緣構件4 4所包圍。 管4 6安裝在電極1 4之中央孔4 8中以便循環例如水之液體 冷却介質經過電極1 4，管4 6之外徑小於中央孔4 8之直徑使 空間4 9位於管4 6與中央孔4 8之間，以便水能夠自管4 6之開 口底端釋放而流經空間4 9。來自水源（圖中未顯示）之水流 經管4 6，並沿著支撐件1 6之頭部2 3回流經過空間4 9到達焊 炬本體38中開D52以及一排放軟管（圖中未顯示）=通道42 將注入之水導入喷嘴總成1 2 ’水於該處轉換為漩渦水流以 便環繞著電聚電弧’其詳述於後。燃氣通道4 〇將來自適當

第15頁 426566, __________ 五、發明說明（11) * --- - 燃氣源（圊中未顯示）之燃氣導引經過高溫材料製燃氣 5周即板54 ’其經由進入孔58流入燃氣室56。進入孔58 ^配 ，，燃氣在旋轉之狀態下流入燃氣室56，燃氣室56内燃氣 ，流^經過噴嘴總成12之共轴扎60及62。電極14固定著燃 虱調節板54 ^高溫塑膠絕緣物55將噴嘴總成12與電極1 4絕 緣〇 ” 總成12包括界定第一内孔60之頂端噴嘴構件“以及 f疋，一内孔62之底端噴嘴構件64。頂端噴嘴構件63由金 屬^料製成，底端嘖嘴構件64可由金屬或陶瓷材料製成。 頂端喷嘴構件63之孔60與焊炬電極14之縱向軸線丘轴對 準。. 〆、 ^端噴嘴構件64藉由一塑膠隔離件65及水流漩渦環66與 頂端噴嘴構件63分離，頂端噴嘴構件63及底端噴嘴構件64 之間所形成之空間成為一貯水室6 7。 底端噴嘴構件64包括一圓柱狀本體部位7〇，其界定一前 私或底端部位以及一後端或頂端部位，内孔6 2係共韩伸展 貫穿本體部位70。環狀安裝凸緣71位於後端部位上，截頭 錐狀表面7 2位於與第二内孔6 2共軸之前端部位外側。環狀 凸緣7 1在杯狀物7 4底端處藉由向内之凸緣7 3支撐著，杯狀 物7 4藉由相互連接之螺紋以可拆離之方式安裝在外側罩框 構件4 4處。墊片7 5位於凸緣7 1及7 3之間。 底端噴嘴構件64之内孔62為圓柱狀，且藉由適當塑膠材 料之中心套管78保持與頂端噴嘴構件63中内孔60軸向對 準。來自通道4 2之水流經套管7 8之開口 8 5到達漩渦環6 6之

第16頁 A26566 , 五 發明說明（12) 噴射口 87而注入貯水室67。嘖射口 87環繞著和、 配置將速度旋轉分量傳遞給貯水室6 7中水流^％ 6 6切線 6 2離開貯水室6 7。 水每·由内孔 一供應電源（圖中未顯示）以串連方式連接s s 14 ,其中一金屬工作件接地。在操作過程中略$炬電極 在電極放射性元件2 8與工作件之間，該放射，^二電狐發生 而言為陰極，該工作件連接至電源陽極並位於凡t對電弧 件64之下方。電漿電弧之產生藉由傳統方式在=端噴嘴構 嘴總成12之間暫時之啟始電弧，之後將電1 a，14與喷 62傳遞至工作件。 屬弧％過内孔60及 製造方.法： 本發明亦提供製造上述型式電極之簡單方法，圖4至了揭 示根據本發明製造電極之較佳方法。如圖4所示，銅或銅 合金之圓柱狀坯料94具有正面9 5及相對之背面9 6。在正面 9 5中鑽出一圓柱狀孔’以便形成上述之貯放空間2 4。 隔離件3 2由銀合金材料製成，如前文所述該銀合金材料 包含約0,25至10%銅。隔離件32之構造及尺寸可密接在貯 放空間24中，且其製造方式為先產生—圊柱狀固體坯料’ 之後藉由鑽孔在其中形成一共轴圓柱狀凹孔35。 如圖5所示，圓柱狀放射性元件2 8由相當低功能之金屬 材料製成’放射性元件2 8之尺寸可密接並完全充滿隔離件 3 2之凹孔3 5。將放射性元件2 8插入凹礼3 5中直到其尾端與 隔離件3 2之密閉端壁部3 4鄰接為止，該元件之外側圓形端 面2 9與隔離件3 2之外側端面3 6齊高。

第17頁 426566, -—___________—--* 五、發明說明（13) 參見圖β，工具98之平坦圓形工作面10(3與放射性元件之 端面29以及隔離件之端面36接觸，立工作面100之外徑略 大於支撐件坯料94中貯放空間24之直徑。工具98之工作面 1〇〇與放射性元件28之縱向軸線共軸，吾人施加一作用力 至工具使軸向之壓力沿著縱向轴傳遞至放'射性元件28及隔 離件32。舉例而言，工具98與放射性元件及隔離件接觸後 藉由機械之撞植適當裝置加以撞擊s無論所使用之特定技 術為何’其傳遞足夠之作用力使放射性元件2 8及隔離件3 2 徑向向外變形，因此隔離件3 2緊抓固定著放射性元件2 8， 金屬支撐件坯料9 4則緊抓固定著隔離件3 2，如圖7所示。 為完成支撐件1 6之製造，坯料9 4之背面9 6須加工形成開 σ杯狀構造，其具有凹孔2 2及内側環狀凹槽共轴環繞著貯 放空間24以便形成圓柱狀頸部23 ，如圖3所示。坯料94之 外側周邊之輪廓在後端處具有外側螺紋丨〇 2，坯料9 4之正 面95以及放射性元件之端面29與隔離件之端面36須加工為 平坦狀且高度相同。 圖8為加工後電極1 6之端視圖。隔離件3 2之端面3 6將放 射性疋件之圓形端面2 9與支撐件1 6之正面2 〇分隔開。環狀 之端面36具有内徑丨04及外徑丨06。由於隔離件32由銀^金 材料製成，該材料之功能高於放射性元件28，隔離件3 2 阻止電弧自放射性元件28處分離且附接至支撐件16。 6在:& 1 〇 4與外徑1 0 6之間的徑向厚度至少約為i。 如前文所述，本發明範圍亦包括構造不同於圓形隔離 件’例如本發明包含鉚釘型式之隔離件’其具有—中空

第18頁 426566 五、發明說明（14) 柱狀本體以及镇合至該 前文所述，冷作變:拉開口端之環狀凸緣。然而，如 時鉚釘型式之電極係由心人上生無法接受之電極壽年，此 之銅，例如含有γ ^ . 口金衣成，该合金含有較高成份 .以鋼之鈒。當兩丨$ 士 ^ & Μ ^ 有鉚釘型式隔離件，人 ^ 田吃極由冷作製程製造且具 是約〇_ 5至4%，平均壽7人對異的是若銅含量低於5% ’特別 宜含有2至3%銅。 顯的增加。鉚釘型式隔離件 圖9及1 0揭示本發明另一軔 ^ ^ 另季乂佳具體實施例。圖9為本發明 電極1 6 ’含有支撐件 一'乂之'、，其中坯料94 '具有階梯狀貯放空間24’以# 承接鉚釘型式隔離件32，。隔離件32,具有中空圓柱狀本體 3 3’以及一接合至該本體開口端之環狀凸緣丨丨ο ^貯放空間 2 4 ’之形狀類似隔離件，因此其包含一直徑大於貯放空間 其他部位之對應部位1 1 2。工具9 8 ’施加作用力至放射性元 件2 8之端面以及環狀凸緣11 0之外側表面，其造成前述放 射性元件及隔離件之徑向膨脹。之後以上述方式對電極加 工產生圖10所示之完成電極16’ ，雷崧ifT含有έ撐件 1 8’ ，隔離件32’以及放射性元件28。 在一特定範例中放射性元件2 8在端面2 9處之直徑約為 2_ (〇.〇8 inch)，隔離件環狀凸緣110之外徑約為6. 3mm (0.25 inch) °隔離件32係由銀合金製成’其含有約0.5 14 %銅，其以約2至3 %銅較佳° 測試之實施係用以探查特定銀合金成份對電極壽年之影 響。圖1 0顯示數個具有鉚釘型式隔離件之相同構造電極， 其根據本發明上述冷作變形製程加以準備。隔離件鋼含量

第19頁 426566 . 五、發明說明（15) 之變化由0% (純銀）至約7 . 5%，其係準備銀銅合金特定之熱 量以及以特定之熱量製造隔離件。各電極安裝在電漿電弧 焊炬中且焊炬以電弧開啟（ 4 0 0 amps)30秒及電弧關閉4秒 周期性操作，其重覆開關周期直到M失效”產生為止。"失 效”之特徵為電極完全損壞，例如機率甚低之電極爆炸， 或焊炬噴嘴形體之改變，例如凹痕，凹槽或類似物顯示電 弧無法適當的與電極放射性元件中心對準及/或產生雙電 圖1 1表示一連串電極之測試結果，其顯示銅含量約為0% 時電極之壽年範圍約係2 2至丨2 7分鐘，銅含量為7. 5 時電 極之壽.年範圍約係6 5至1 3 5分鐘。在銅含量為3 %時雖僅有 兩個數據點，但其電極壽年測試結果皆超過2 0 0分鐘。在 銅含量為2%時具有數個數據點，電極壽年範圍約為1 26至 1 9 5分鐘，其平均值約為1 5 7分鐘。在銅含量為0 . 5%時有三 個數據點，電極壽年範圍約為1 7 4至1 8 9分鐘。 該資料顯示出明顯且無法預期之傾勢，其建議銅含量最 佳之範圍約係0 . 5至4%，雖然在4%時並無相關數據點，該 資料暗示在與5%銅含量比較而言4%銅對電極壽年產生顯著 之改良。此外，雖然數據並不集中，但資料顯示尖峯值發 生在銅含量為2至3 %。 雖然本發明係參考某些較佳具體實施例且該具體實施例 係以相當詳細的方式加以揭示，吾人瞭解本發明並未限定 於該具體實施例，其改良及替代物皆在本發明申請專利範 圍之範疇中。

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Claims (1)

1. Λ26566. 六、申請專利範圍 1. 一種電極，其在電漿電弧焊炬中支撐一電弧且包括： 一金屬支撐件，其具有一正面以及一位於該正面中之 貯放空間； 一非放射性隔離件，其安裝在貯放空間中且由含有 0. 5至4 %外加材料之銀合金製成，該材料係選自銅，鋁， 鐵，鉛，鋅及其合金之群組，該隔離件中界定一開口；與 一放射性元件，其由相當低功能之金屬材料組成且至 少部份伸展在隔離件之開口中，以便該隔離件位於金屬支 撐件與放射性元件之間，並在支撐件之正面處將其分開， 因此該隔離件可防止電弧自放射性元件處分離並將電弧附 接至金屬支撐件。 2. 根據申請專利範圍第1項之電極，其中該隔離件由含 有約1 . 5至3. 5 %外加材料之銀合金製成。 3. 根據申請專利範圍第1項之電極，其中該隔離件由含 有約2至3 %銅之銀合金製成。 4. 根據申請專利範圍第1項之電極，其中該隔離件之中 空圓柱體之底端壁部將其一端密閉使開口為一閉塞孔，該 隔離件在另一端處包含一環形端面，該放射性元件為圓柱 狀且完全充滿著開口。 5. 根據申請專利範圍第4項之電極，其中該隔離件之環 形端面為平坦狀，該放射性元件之平坦環形正面與隔離件 之環形端面高度相同，以及該放射性元件正面之直徑較隔 離件環形端面之外徑小約8 0 %。 6. 根據申請專利範圍第5項之電極，其中該隔離件環形

   第21頁 4 265 6 6 . 六、申請專利範圍 端面内徑與外徑之間的徑向厚度至少約為1 m m。 7. 根據申請專利範圍第1項之電極，其中該貯放空間之 圓柱狀内孔具有一錐形内側端壁，該隔離件之中空園柱體 之尾端壁部界定一錐形端面，其輪廓係配合貯放空間之錐 形尾端壁部並與貯放空間之錐形内側端壁鄰接= 8. 根據申請專利範圍第1項之電極，該電極之製程步驟 包括： 形成該金屬支撐件，其藉由在金屬坯料平面狀正面中 形成一貯放空間，該貯放空間沿著垂直於正面之軸線伸展 且在坯料中包含一尾端壁部； .形成該非放射性隔離件1其外側表面在其第一及第二 端面之間伸展且構造可密接在金屬支撐件之貯放空間中； 在該隔離件第一端面中形成一開口並向内伸展； 形成該放射性元件使其滑動插入隔離件之開口中； 將該隔離件插入金屬支撐件之貯放空間中使隔離件之 第二端面與尾端壁部鄰接，隔離件之第一端面與金屬支撐 件正面鄰接； 將該放射性元件之一端插入隔離件之開口中直到該端 以隔 件及 元件 性元 射性 放射 該放 對按 中壓 方軸 之以 線力 軸用 與件作 ，撐加 止支施 為屬面 中金端 件於一 離行第 隔平件 於在離 位 隔 定及 離為 隔件 ί>離 直隔 形定 變固 性孤 塑緊 外件 向撐 向—又 徑屬 件金 離及 隔以 及件 件元 元性 性射 射放 放定 使 固 ，抓 件緊 。 離件止

   第22頁 426566. 六、申請專利範圍 9.根據申請專利範圍第1項之電極，其另包括： 一噴嘴，其與該支撐件之正面鄰接並具有一貫穿之流 動路徑，該路徑與支撐件之縱向軸線對準； 一電源供應*其產生之電弧自該電極之放射性元件處 伸展經過噴嘴流動路徑到達一工作件，該工作件與喷嘴相 鄰接；與 一燃氣供應，其在該電極與喷嘴之間產生燃氣流動以 便生成電漿，該電漿向外流經噴嘴流動路徑到達工作件。

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