用于等离子弧炬的电极及其制造方法技术

用于等离子弧焊枪的电极和制造电极的方法，电极有一铜电极座，它有一装有发射电极头的下端，工作时电极头作为产生电弧的阴极端。焊枪用于氧化气氛中，铜电极座易于氧化，电弧易于附着在氧化铜上而不是电极头上，这引起电极座的迅速破坏。为防止这种破坏本发明专利技术装有银或具有较高逸出功的其他金属制的套管，它围绕电极头，在电极座下端面形成一个环，围绕发射电极头的暴露端面，该环用于阻止来自铜电极座的跳火，使电弧能保持在电极头上。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种等离子弧焊枪，更具体地说，涉及一种用于等离子弧焊枪的新型电极，它能提高使用寿命。等离子弧焊枪通常用于金属加工，包括切割，焊接，表面处理、熔化，和热处理。这种焊枪包括一个电极，它能维持一个电弧，在转移弧操作方式时，电弧从电极延伸至工件。通常用旋转涡流气体围绕电弧，并且在一些焊枪的设计中，通常用旋转的水射流围绕气体和电弧。用于所述类型的普通焊枪的电极一般包括一个细长的管形件，它由具有高导热性的材料构成，例如铜或铜合金。管形电极的前端或放射端包括一个底端壁，一个放射电极头嵌在该处用于维持电弧。电极头由具有较低的逸出功(work function)的材料构成。逸出功在本技术中的定义是电位差，它是由电子伏特来测定的，它能在给定的温度下从金属的表面发射热离子。由于它的低逸出功，所以当提供一个电位时，电极头能容易地发射电子，普通使用的电极头材料包括铪，锆和钨等。所述类型的焊枪所存在的一个重要问题是电极的使用寿命短，尤其是在焊枪与氧化电弧气体，例如氧气或空气一起使用时，更具体地说，气体易于使铜快速氧化，并且随着铜的氧化，其逸出功下降了。于是，围绕电极头的氧化铜开始优先于电极头而维持电弧。当这种情况产生时，铜氧化物和支承铜熔化了，导致了电极过早地损坏和失效。所以，本专利技术的目的是提供一种电极，它适用上述类型的等离子弧焊枪，在焊枪使用在氧化气氛中时，能显著地提高其使用寿命。本专利技术的另一个目的是提供制造具有上述特征的电极的有效方法。在所描述的实施例中的电极构造能达到本专利技术的上述和其他目的和优点。该电极包括一个金属的管状电极座，它有一前端和一后端，和一个封闭前端的横向端壁。横向端壁限定了一个外部前端面，在前端面中形成一个空腔。一个电极头组件装在空腔中，包括一个发射电极头，它由一种具有较低逸出功的金属材料构成，以致在提供一个电压到该处时，它能容易地发射电子。一个套管围绕发射电极头，以致能将电极头与电极座隔开。套管在电极座的前端至少有大约0.01英寸的径向厚度，该套管由一种金属材料构成，该材料的逸出功大于发射电极头材料的逸出功。发射电极头有一外端面，该端面位于电极座外部前端面的平面上。套管有一位于电极座前端面平面上的外环形面，它围绕电极头的端面。套管的外环形面的直径最好至少等于所述发射电极头外端面的最大尺寸的大约两倍。在本推荐实施例中，套管有一周边表面和一封闭的底壁，该底壁能用冶金方法熔焊在形成于电极座前外部端面的空腔的内壁上。于是，套管将电极头与电极座的金属完全隔开了。围绕发射电极头的环状套管最好由一种金属材料，例如银所构成，银具有高的抗氧化性。因为银和任何所形成的氧化层都是非常差的发射体，还可以增加电极的使用寿命。于是，电弧可以从发射电极头连续地发射(而不是从铜电极座或套管发射)，这就增加了其使用寿命。本专利技术也包括制造上述电极的方法，包括制备一个金属的第一毛坯的步骤，第一毛坯有一前端面，在该端面形成有一空腔。还形成一个第二毛坯，它基本上由例如银构成，其形状和尺寸应使其能紧密地被容纳在空腔中。然后第二毛坯被固定地装在空腔中。通过例如钻孔的方法使第二毛坯上形成一个开口，开口垂直于前端面，然后将一个发射电极头固定地装在第二毛坯的开口中。然后，金属毛坯的前端面最好被精加工，形成一个大致平表的面。它包括金属的第一毛坯，发射电极头，和将电极头与该金属毛坯隔开的第二毛坯的圈环。上面已陈述了本专利技术的一些目的和优点，其余的将参照附图在下面进行描述。附图说明图1是体现本专利技术特征的等离子弧焊枪的侧剖视图。图2是等离子弧焊枪下部的局部放大剖视图，显示了焊枪的喷咀组件的第二实施例。图3-7是显示了本专利技术电极制造方法的步骤示意图。图8是图7所示电极的端视图。图9-12是本专利技术电极的其他实施例的侧剖视图。先参照图1所示的实施例，其中示出了一个等离子弧焊枪10，它包括一个喷咀组件12和一个管形电极14，电极14最好由铜或铜合金制造，它包括一个上部管件15和一个下部环形件或电极座16。更具体地说，上部管件15是一细长的开口管形结构，它限定了焊枪的纵轴。管件15也包括一个带内螺纹的下端部17。电极座16也为一管形结构，它包括一下部前端和一上部后端，如图1和2所示。一个横向端壁18(图2)封闭了电极座16的前端。横端壁18限定了前部外端面20。电极座的后端有外螺纹，并以螺纹与上管件的下端部分17相连。电极座16的后端是开口的，使电极座具有杯形结构，并形成一内腔22(图6)。电极座的前端壁18包括一圆柱形墩23，它沿纵轴向后延伸进入内腔22，另外，在端壁18的前端面20形成一空腔24，它沿纵轴向后延伸进入圆柱形墩23的长度部分。空腔24通常是圆柱形的，它包括一个扩大的或沉孔形的环状外端部分25，它用于下述目的。一个电极头组件26装在空腔中，包括一个大致圆柱形的发射电极头28，它沿纵轴同轴设置，它有一处于电极座前端面20的平面的圆形外端面29。电极头28也包括一圆形内端面30，该面置于空腔24中，与外端面29相对。另外，发射电极头28由具有较低逸出功的金属材料构成。其范围是在大约2.7至4.2电子伏特(eV)之间，以致在向其提供一个电位时，它能容易地放射电子，这种合适的材料包括例如铪，锆，钨，及它们的合金。一个相对地非放射套管32位于空腔24之中，它同轴地围绕着发射电极头28，套管32有一周壁和一封闭的底壁34，底壁用冶金方法熔焊在空腔的壁上。另外，套管32包括一环形突缘35，它位于空腔的沉孔形外端部分25，以致限定一个处于电极座的前端面20的平面上的外环表面。并且，套管在其前端面20和沿其全长至少有大约0.01英吋的径向厚度。在前端面20的环形表面的外径最好至少为发射电极28的直径的大约两倍。作为一个具体的例子，电极头28典型地具有大约0.080英吋的直径和大约0.160英吋的轴向长度，套管32的环形突缘35典型地具有大约0.254英吋的外径。套管32的其余部分的外径典型地为大约0.157英吋。套管由一种其逸出功大于所述电极座材料的逸出功也大于发射电极头材料的逸出功的金属材料构成，关于这一点，套管最好由其逸出功至少大约为4.3电子伏(ev)的金属材料构成。几种金属和合金可用于本专利技术的非发射套管。下面是几种合适材料的有关性能的一览表 和一个高温塑料绝缘件55固定在位。元件55使喷咀组件12与电极14绝缘。喷咀组件12包括一个上喷咀件63和一个下喷咀件64，所述元件63和64分别包括第一和第二孔60、62。虽然上、下喷咀件可以都是金属的，但下喷咀件最好是陶瓷材料，例如矾土制的。通过一个塑料间隔件65和一个水涡流环66将上喷咀件63与下喷咀件64隔开。在上、下喷咀件63、64之间的空间形成一个水腔67。上喷咀件63的孔60与焊枪电极14的纵轴轴向对准。并且，孔60是圆柱形的，它有一个与增压腔56相邻的带倒角的上端，其倒角角度是大约45°。下喷咀件64包括一圆柱体部分70，它限定了一个前(或下)端部分和一个后(或上)端部分，孔62同轴地延伸穿过喷咀件。一个环形安装突缘71定位于后端部分，一个截锥面72形成于前端部分的外部，以致于它与第二孔62同轴。环形突缘71由一个帽74下端的朝向内的突缘73从下面支承，帽74通过内螺纹可拆卸地装在外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于在等离子弧焊枪上维持一个电弧的电极，包括一个金属电极座，它有一前端，和一个在所述前端上的空腔，和装在所述空腔中的电极头组件，它包括一个发射电极头，它由具有较低逸出功的金属材料构成，和一个围绕发射电极头将其与所述电极座隔开的套管，所述套管在所述前端有至少大约０．０１英寸的径向厚度，套管中一种其逸出功大于发射电极头材料逸出功的金属材料构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩斯坦利塞维伦斯，
申请(专利权)人：ESAB焊机产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]