用于电弧焊炬的被涂布的喷嘴制造技术

本发明专利技术公开了用于电弧焊炬的被涂布的喷嘴。在一个方面，本文中描述了用于电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括耐火涂层，通过抵抗焊熔金属飞溅和相关熔融金属沉积物的积累来增加喷嘴的操作寿命。在一个方面，用于电弧焊炬的喷嘴包括第一主体，所述第一主体包含中心孔和外表面。涂层通过热喷涂、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)而粘附于外表面，所述涂层包括耐火层，所述耐火层包含选自由以下组成的组的一种或多种金属元素：铝、硅和周期表第IIIB

【技术实现步骤摘要】
用于电弧焊炬的被涂布的喷嘴


[0001]本专利技术涉及电弧焊炬，并且确切地说，涉及包括耐火涂层的焊炬喷嘴。

技术介绍

[0002]产生等离子体进行切割或焊接是金属加工行业中的一个重要工具。等离子体是在各种工艺期间产生，包含等离子体转移电弧焊接、MIG焊接(又称为GMAW)、TIG焊接(又称为GTAW)、等离子体切割、等离子体喷涂。在这些方法中，等离子体可达到超过20,000℉的温度。在这些温度下，切割和焊渣通常很多，并且不可避免地沉积于焊接设备上。因此，需要定期维护设备。维护可包含清洁或更换具有熔融金属沉积物的部件。当例如用PTA、MIG或等离子体切割进行焊接时，焊接烟尘和焊渣往往会积累于喷嘴表面上，由此中断电弧转移，降低焊接和/或切割效率并堵塞粉末或线端口。通常，取决于累积的严重程度，将停止焊接或切割以清洁喷嘴表面或完全更换喷嘴。此类停止是很常见的，因为当前喷嘴一般展现最长1-2小时的连续切割或焊接时间。此有限的操作时间窗限制了焊接和切割效率并使操作成本增加。

技术实现思路

[0003]在一个方面，本文中描述了用于电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括耐火涂层，通过抵抗焊熔金属飞溅和相关熔融金属沉积物的积累来增加喷嘴的操作寿命。在一个方面，用于电弧焊炬的喷嘴包括第一主体，所述第一主体包含中心孔和外表面。涂层通过热喷涂、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)而粘附于外表面，所述涂层包括耐火层，所述耐火层包含选自由以下组成的组的一种或多种金属元素：铝、硅和周期表第IIIB-VIIIB族的金属元素；以及选自周期表第IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。在一些实施例中，耐火层展现至少45kgf的临界载荷(L
c
)和/或至少2GPa的残余压缩应力条件。此外，本文所描述的被涂布的喷嘴展现的连续焊接寿命可以是未涂布喷嘴的寿命的两倍。
[0004]在另一个方面，本文描述了焊接或切割的方法。在一些实施例中，方法包括提供包括喷嘴的电弧焊炬，所述喷嘴包含第一主体，所述第一主体包括中心孔和外表面；以及通过热喷涂、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)而粘附于所述外表面的涂层。所述涂层包括耐火层，所述耐火层包含选自由以下组成的组的一种或多种金属元素：铝、硅和周期表第IIIB-VIIIB族的金属元素；以及选自周期表第IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。用等离子体炬焊接和/或切割金属或合金工件。在一些实施例中，被涂布的喷嘴的连续焊接或切割寿命是未涂布喷嘴的连续焊接或切割寿命的两倍。
[0005]这些和其它实施例在以下具体实施方式中更详细地描述。
附图说明
[0006]图1示出根据一些实施例的被涂布的喷嘴的透视图。
[0007]图2是根据一些实施例，粘附于喷嘴外表面的Ti
0.40
Al
0.60
N涂层的横截面扫描电子
(SEM)显微照片。
[0008]图3是在连续焊接Stellite 6合金七小时之后图1的喷嘴的图片。
具体实施方式
[0009]本文所描述的实施例可以通过参考以下详细描述和实例以及其先前描述和以下描述而更容易地理解。然而，本文所描述的元件、装置和方法不限于详细描述和实例中呈现的具体实施例。应当认识到，这些实施例仅仅说明本专利技术的原理。本领域的技术人员将在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下容易地显而易知许多修改和调整。
[0010]I.电弧焊炬喷嘴
[0011]如本文所描述，用于电弧焊炬的喷嘴包括第一主体，所述第一主体包括中心孔和外表面。涂层通过热喷涂、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)而粘附于外表面，所述涂层包括耐火层，所述耐火层包含选自由以下组成的组的一种或多种金属元素：铝、硅和周期表第IIIB-VIIIB族的金属元素；以及选自周期表第IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。
[0012]现转而参看具体组分，耐火层可包括在以上参数范围内的任何组成。耐火层例如可包括选自由以下组成的组的一种或多种金属的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、氧氮化物或氧碳氮化物：铝、硅和周期表第IIIB-VIIIB族的金属元素。在一些实施例中，例如，耐火层包括M
1-x
Al
x
N，其中0.3≤x≤0.9并且M是钛、铬或锆。在一些实施例中，0.4≤x≤0.6。耐火层还可包括Ti
1-x-y
Me
y
Al
x
N，其中Me选自周期表第IVB-VIB族，并且x>0，y≥0且0.3≤x+y≤0.9。或者，耐火层可包括金属氧化物。在一些实施例中，氧化物选自由以下组成的组：氧化铬、氧化钇稳定氧化锆和氧化钛铝。本文所描述的耐火层的陶瓷性质使耐火层电绝缘。
[0013]耐火层可通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或热喷涂沉积。在一些实施例中，耐火层展现压缩残余应力条件。在一些实施例中，耐火层例如可具有至少2GPa的残余压缩应力。耐火层还可具有选自表I的残余压缩应力。
[0014]表I-耐火层的残余压缩应力
[0015]残余压缩应力，GPa1-42-40.5-30.1-1
[0016]在未具体指明是压缩的情况下，本文所描述的残余应力值可被赋予负值以指示残余应力是压缩应力。本领域的技术人员应理解，在未具体指明的情况下，残余应力被赋予正值以指示拉伸应力，且负值指示压缩应力。
[0017]对于本文所描述的耐火层，使用修改的Sin2ψ方法，采用了Seemann-Bohlin(S-B)聚焦几何形状来确定残余应力和剪应力。参见V.Valvoda,R.Kuzel,R.Cerny,D.S.Rafaja,J.Musil,C.Kadlec,A.J.Perry,《固体薄膜(Thin Solid Films)》193/194(1990)401。根据此方法，使用掠入射X射线衍射几何确定具有不同米勒(hkl)指数的所有可测量衍射峰的平面间距。[在以与试样呈固定入射束角度进行的单次2θ扫描中，收集不同(hkl)平面的衍射峰。]由于在Perry等人的方法中，衍射平面与样品表面法线产生不同角度，故不需要样品倾
斜ψ。Perry等人提出，角度ψ实际上对应于布拉格角(Bragg angle)θ减去掠射角γ(ψ＝θ-γ)。因此，在单次2θ扫描中，当以不同2θ角度测量具有不同米勒指数的多个布拉格峰时，自动地选择ψ角度的范围。接着，由从不同峰计算的晶格参数随Sin2ψ变化的图得出残余应力。
[0018]对于包括M
1-x
Al
x
N且其中M是钛的耐火层，例如，残余应力和剪应力是通过x射线衍射法，使用掠入射Sin2ψ方法，针对TiAlN结晶相的多次(hkl)反射确定。用于确定残余应力的仪器是装备Eulerian支架用于试样操纵的PANalytical Xpert Pro MRD。x射线源是以45KV和40MA操作的铜制长细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括：第一主体，所述第一主体包括中心孔和外表面；以及通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)而粘附于所述外表面的涂层，所述涂层包括耐火层，所述耐火层包含选自由以下组成的组的一种或多种金属元素：铝、硅和周期表第IIIB-VIIIB族的金属元素；以及选自周期表第IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述耐火层具有1μm至10μm的厚度。3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述耐火层具有至少45kgf的临界载荷(L
c
)。4.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述耐火层具有至少60kgf的临界载荷(L
c
)。5.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述耐火层具有至少2GPa的压缩残余应力。6.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述耐火层具有1-4GPa的压缩残余应力。7.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述耐火层包括所述一种或多种金属元素的氧化物。8.根据权利要求7所述的喷嘴，其中所述氧化物选自由以下组成的组：氧化铬、氧化钇稳定氧化锆和氧化钛铝。9.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述耐火层包括Ti
1-x-y
Me
y
Al
x
N，其中Me选自周期表第IVB-VIB族，并且x>0，y≥0且0.3≤x+y≤0.9。10.根据权利要求9所述的喷嘴，其中0.4≤x+y≤0.6。11.根据权利要求1所述的喷嘴，所述喷嘴还包括布置于所述中心孔中的第二主体，其中在所述第一主体与所述第二主体之间形成通道。12.根据权利要求11所述的喷嘴，所述喷嘴还包括布置于所述中心孔中的额外主体，其中在第二主体与所述额外主体之间形成通道。13.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述喷嘴展现至少5小时的连续焊接或切割寿命。14.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述喷嘴展现至少7小时的连续焊接或切割寿命。15.一种焊接或切割的方法，所述方法包括：提供包括喷嘴的电弧焊炬，所述喷嘴包含第一主体，所述第一主体包括中心孔和外表面；和通过物理气相沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：C查尔顿，J科尔辛，R瓦辛科，Q郑，
申请(专利权)人：肯纳金属公司，
类型：发明
国别省市：