用于GMAW手动/自动MIG电弧焊接装置的气体扩散器和具有所述气体扩散器的方法

摘要

公开了用在电弧焊接装置中的导体管(204)，所述导体管(204)通过导体管(204)中的孔隙(234)使气体扩散。导体管(204)具有内通道和远端部(235)。在本公开的一个形式中，靠近远端部存在至少一个设置的孔隙(234)，其中流动通过内通道的气体至少部分地通过所述至少一个孔隙(234)扩散。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为2011年11月13日提交的非临时美国申请第61/559,111 号。上述申请的公开内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开总体而言涉及焊接装置，更具体地涉及电弧焊接装置，例 如金属惰性气体(MIG)焊枪或气体金属电弧焊接(GMAW)焊枪， 所述焊枪包括用于产生焊弧和扩散保护气体的耗材。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且未必构成 现有技术。

在电弧焊接装置例如金属惰性气体(MIG)焊枪或气体金属电弧 焊接(GMAW)焊枪中，通过焊枪供应焊丝从而提供金属熔池以将金 属工件结合在一起。通过焊枪的前(远)端引导惰性气体从而提供保 护气体的环绕层或覆盖层以保护金属熔池免受大气污染。惰性气体通 常为各种气体(特别例如其中的氩气或氦气)的组合。

现有技术的MIG焊枪或GMAW焊枪通常包括接触尖头和连接至 接触尖头的气体扩散器。接触尖头具有中心钻孔从而将焊丝引导至工 件。接触尖头将电流传递至焊丝。气体扩散器螺纹连接至接触尖头并 且限定气体通道从而引导保护气体围绕金属熔池形成保护气体的覆盖 层。接触尖头和气体扩散器持续经受高热并且由于高温操作而易于磨 损。

发明内容

本公开总体而言提供用于具有增加的寿命的电弧焊接装置(例如 MIG或GMAW焊枪)的气体扩散器。本公开的各种形式提供简化的 结构，更均匀的热分布和改进的冷却，从而改进消耗寿命。

在一个形式中，公开了用在电弧焊接装置中的导体管。导体管具 有内通道和远端部。靠近远端部存在至少一个设置的孔隙，其中流动 通过内通道的气体至少部分地通过至少一个孔隙扩散。

在另一个形式中，电弧焊接装置包括接触尖头，所述接触尖头限 定本体，所述本体具有从近端部延伸至远端部的内腔；和出口孔，所 述出口孔延伸通过本体的远端部。本体进一步限定接触表面，所述接 触表面围绕近端部设置，其中接触表面限定的轮廓被构造成邻接导体 管上的相应轮廓。电弧焊接装置进一步包括导体管，所述导体管限定 内通道、至少一个孔隙和围绕远端设置的接触表面。接触表面限定的 轮廓被构造成邻接接触尖头上的相应轮廓。孔隙靠近导体管的远端部 从内通道向外延伸，并且允许保护气体流出内通道。

在又一个形式中，公开了电弧焊接装置的操作方法。所述方法提 供如下操作：引导保护气体的流动使其通过导体管的远端部中的至少 一个孔隙。所述方法进一步公开了引导焊丝通过接触尖头中的出口孔， 其中至少一个孔隙使保护气体扩散并且向尖头提供冷却，出口孔提供 对焊丝的接触。

通过本文提供的说明，其它应用领域将变得明显。应理解说明书 和具体实施例仅旨在用于说明的目的而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明的目的，并且不旨在以任何方式限制 本公开的范围。

图1为包括根据本公开的教导构造的接触尖头扩散器的电弧焊接 装置的侧视图；

图2为耗材组件的横截面立体图，所述耗材组件连接至导体管并 且具有根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器；

图3为根据本公开的第一个实施方案构造的导体管和耗材组件的 局部分解立体图；

图4为根据本公开的第一个实施方案构造的导体管和耗材组件的 局部分解横截面图；

图5为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的横 截面图；

图6为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的一 个变体形式的横截面图；

图7为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的另 一个形式的横截面图；

图8为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的另 一个形式的横截面图；

图9为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的另 一个形式的横截面图；

图10为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的另 一个形式的横截面图；

图11为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的另 一个形式的横截面图；

图12为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的另 一个形式的横截面图；

图13A为根据本公开的第一个实施方案构造的接触尖头扩散器的 另一个形式的横截面图，图13B为接触尖头扩散器的横截面图，和13C 为显示尖头钻孔长度和尖头内径之间的关系的曲线；

图14为根据本公开的第一个实施方案构造的喷嘴的内体的横截面 立体图；

图15为根据本公开的第一个实施方案构造的电弧焊接装置的耗材 组件和导体管的横截面图；

图16为根据本公开的第二个实施方案构造的电弧焊接装置的耗材 组件和导体管的横截面图；

图17为根据本公开的第三个实施方案构造的电弧焊接装置的耗材 组件和导体管的局部分解图；

图18为根据本公开的第三个实施方案构造的电弧焊接装置的耗材 组件和导体管的横截面图；

图19为根据本公开的第三个实施方案构造的电弧焊接装置的导体 管的轮廓和横截面图；

图20为根据本公开的第三个实施方案构造的电弧焊接装置的局部 分解轮廓和横截面图和对准设备的细节图；

图21为根据本公开的第三个实施方案构造的电弧焊接装置的导体 管和紧定套的局部分解轮廓和横截面图；

图22为根据本公开的第四个实施方案构造的耗材组件的接触尖头 扩散器的立体图；

图23为根据本公开的第五个实施方案构造的耗材组件和导体管的 横截面图；

图24为根据本公开的第五个实施方案构造的耗材组件和导体管的 横截面图；

图25为图24的放大图，显示了接触尖头扩散器和导体管之间的 界面；

图26为根据本公开的第六个实施方案构造的耗材组件和导体管的 立体图；

图27为根据本公开的第六个实施方案构造的耗材组件和导体管的 局部分解横截面和立体图；

图28为根据本公开的第七个实施方案构造的耗材组件和导体管的 局部分解立体图和局部分解横截面图；

图29为根据本公开的第七个实施方案构造的耗材组件和导体管的 局部分解立体图；

图30为根据本公开的第七个实施方案构造的耗材组件和导体管的 横截面图；

图31A为根据本公开的第七个实施方案构造的导体管和套的细节 图，和图31B为导体管和套的细节图，显示了与本公开的第七个实施 方案相关的替代性导体管和套；

图32为构造的耗材组件和导体管的立体图和局部分解立体图，显 示了与本公开的第七个实施方案相关的替代性导体管和套；和

图33A为根据本公开的第七个实施方案构造的对准设备的细节 图，和图33B和33C为对准设备的细节图，显示了与本公开的第七个 实施方案相关的替代性导体构造。

具体实施方式

如下描述仅为示例性性质并且决不旨在限制本公开或其应用或用 途。应理解在整个说明书和附图中，相应的附图标记表示相同或相应 的部件和特征。并且尽管在整个说明书中使用术语“MIG”或“GMAW”， 应理解本公开的教导适用于任何类型的焊枪。

参考图1，显示了电弧焊接装置，例如MIG或GMAW焊枪，并 且通常用附图标记10表示。MIG焊枪10包括手柄12、附接至手柄12 的导体管14，和附接至导体管14的耗材组件16。手柄12连接至焊接 电缆18，所述焊接电缆18将来自电源(未示出)、气体源(未示出) 和焊丝进料器(未示出)的焊接电流、保护气体和焊丝20输送至焊枪 10。

耗材组件16包括多个耗材元件，并且通常包括喷嘴22和设置在 喷嘴22内的根据本公开的第一个实施方案的接触尖头扩散器24。电弧 焊接装置的结构和操作已经描述于美国专利第5,491,321和5,338,917 号，所述美国专利均为本申请的受让人所有，所述美国专利的内容通 过全文引用的方式并入本文。

参考图2至图4，耗材组件16连接至导体管14的远端部26。喷 嘴22基本上为圆柱形并且在其中接收导体管14的远端部26。接触尖 头扩散器24同轴设置在喷嘴22内并且具有插入导体管14的远端部26 的部分。导体管14包括限定内通道30的圆柱形导体本体28，和设置 在内通道30中的导管内衬32。导管内衬32具有引导沟槽34，用于将 焊丝20从焊接电缆18和手柄12引导至接触尖头扩散器24。

喷嘴22包括外体90、绝缘体92和内体94，所述外体90、绝缘体 92和内体94作为单个整体单元整体地形成。绝缘体92设置在外体90 和内体94之间，用于使内体94与外体90绝缘。喷嘴22围绕整体尖 头扩散器24设置，并且固定至导体管14的远端部26。导体管14的远 端部26限定内锥形表面66、外肩部80、和靠近外肩部的外接触表面 82。

接触尖头扩散器24具有整体结构并且充当用于传递电流的接触尖 头和用于扩散保护气体的气体扩散器。接触尖头扩散器24包括中空圆 柱形体36，所述中空圆柱形体36限定内腔38和出口孔40，所述出口 孔40通往内腔38并且与内腔38对准。内腔38和出口孔40共同延伸 接触尖头扩散器24的整个长度。接触尖头扩散器24的内腔38与导体 管14的内通道30对准，使得导体管14的导管内衬32可以延伸进入 接触尖头扩散器24的内腔38。在一个实施例中，接触尖头扩散器24 的圆柱形体36由铜合金(例如C18200、C181500或C12200DHP)制 成，并且可以通过机械加工或其它大体积制造工艺(例如冷成形、挤 出或两者的组合)制得。

如图5中清楚显示的，接触尖头扩散器24包括圆柱形体36，所述 圆柱形体36限定靠近导体管14的近端部44和靠近工件的远端部46。 内腔38从近端部44延伸至远端部46并且基本上为圆柱形。圆柱形体 36进一步包括外壁50、设置在近端部44处的外肩部52、设置在圆柱 形体36的远端部46附近的内肩部53。内肩部53也设置在内腔38的 远端47处，并且为导体管14的导管内衬32提供挡块。

多个孔隙54延伸通过圆柱形体36的外壁50进入内腔38，并且位 于近端部44和远端部46之间。在本实施方案中，四个孔隙54(仅示 出三个)以法向(例如垂直)延伸通过圆柱形体36的外壁50并且以 90°隔开。应理解可以通过接触尖头扩散器24的外壁50形成任何数量 的孔隙而不偏离本公开的范围。在操作的过程中，将保护气体从导体 管14的内通道30引导进入接触尖头扩散器24的内腔38。然后通过多 个孔隙54将保护气体引导出接触尖头扩散器24，从而环绕接触尖头扩 散器24并且在接触尖头扩散器24和喷嘴22之间形成保护气体的覆盖 层。保护气体的覆盖层在操作的过程中保护金属熔池。

通过从接触尖头扩散器24内将保护气体引导出接触尖头扩散器 24并且使保护气体与接触尖头扩散器直接接触，接触尖头扩散器24 可以更有效地被保护气体冷却。不同于现有技术的电弧焊接装置(其 中保护气体不流动通过接触尖头)中的热辐射或对流，可以通过热传 导和对流实现从接触尖头扩散器24至保护气体的传热。此外，根据本 公开，保护气体在接触尖头扩散器24的内部和外部两者提供冷却，因 此可以更迅速地从接触尖头扩散器24中除去热量。

出口孔40延伸通过圆柱形体36的远端部46并且具有长度L1，所 述长度L1大约为出口孔40的开口尺寸(例如直径D1)的四倍。在本 实施方案中，出口孔40沿着圆柱形体36的中心线C定中心。出口孔 40限定倒圆入口60。当焊丝20移动通过出口孔40时，倒圆入口60 减少焊丝20的刮擦和刮削。出口孔40的长度L1被制成小于现有技术 的接触尖头的出口孔的长度，从而提供焊丝20和接触尖头扩散器24 之间的受控的接触，用于获得改进的电弧稳定性和更少的出口孔阻碍 可能。此外，出口孔40更小的长度减少了焊丝20和接触尖头扩散器 24之间的摩擦表面。

外接触表面64围绕圆柱形体36的近端部44设置并且限定锥形物， 所述锥形物被构造成邻接导体管14的相应的内锥形表面66(如图2 和图4所示)，所述内锥形表面66将在下文更详细描述。外接触表面 64从近端部44朝向远端部46向外呈锥形。

图6至图13涉及与图3相似的接触尖头扩散器的各个实施方案。 参考图6和图7，另一个形式的接触尖头扩散器68与图3相似，除了 孔隙的定向。在图6的实施例中，接触尖头扩散器68限定多个孔隙70， 所述孔隙70以一定角度延伸通过圆柱形体36的外壁50。在图7的实 施例中，接触尖头扩散器69具有多个孔隙71，每个孔隙71具有入口 73、轴向通道75和出口77。轴向通道75沿着接触尖头扩散器69的纵 向方向延伸，并且将通往内腔38的入口73连接至在外壁50的外部79 上形成的出口77。

参考图8，另一个形式的接触尖头扩散器72与图3相似，除了出 口孔的构造。接触尖头扩散器72限定出口孔74，所述出口孔74与圆 柱形体36的中心线C偏离。出口孔74通常限定波纹形状从而产生多 个接触点76。波纹形状可以基本为正弦曲线的或者沿着朝向出口孔延 伸的通道的长度具有渐增或渐减的波长。当焊丝20移动通过出口孔74 时，焊丝20接触多个接触点76，所述接触点76改进焊丝20和接触尖 头扩散器24之间的接触，从而提供从接触尖头扩散器24至焊丝20的 稳定的电流传递。

参考图9至图12，其它变体形式的接触尖头扩散器84a至84d与 图3中的相似，除了多个孔隙54由各种形状和定向的多个狭槽84e至 84h限定。如本文中所使用的，术语狭槽应被解释为意指以基本矩形形 状限定几何形状的孔隙或开口，所述几何形状具有的长度大于或等于 宽度。

在图9的实施例中，接触尖头扩散器84a限定多个狭槽84e，所述 狭槽84e具有长度和宽度，长度大于横向于狭槽84e的对称轴线的宽 度。多个狭槽进一步限定以垂直于圆柱形体36的纵向轴线84i的角度 延伸的每个狭槽84e的长度。多个狭槽84e可以被限定成多个基本为 正方形形状的多边形开口84j，所述形状促进保护气体更一致的流动和 覆盖。在图10的实施例中，接触尖头扩散器84b具有多个狭槽84f， 每个狭槽的长度平行于纵向轴线84i延伸。每个狭槽可以在两个端部附 近具有基本圆形的轮廓84k。此外，在该实施例中，狭槽以相对于圆柱 形体36的外壁50的一定角度形成，造成在喷嘴22中旋转地引导保护 气体。显示相对于外壁50的角度具有在轴向上延伸的锐角侧；然而锐 角侧可以在纵向上延伸或者在径向和纵向轴线之间的中间位置处延 伸。

现在参考图11，显示接触尖头扩散器84c具有多个狭槽84g，每 个狭槽84g具有平行于纵向轴线84i延伸的长度并且显示每个狭槽具有 圆形内通道壁84l。每个狭槽的内通道壁84l也可以包括倒角、圆角或 其它变体形式及其组合从而优化保护气体的流动。在图12中，另一个 实施例的接触尖头扩散器84d具有多个狭槽84h，每个狭槽84h以相对 于纵向轴线84i的一定角度延伸。

在图13A的实施例中，接触尖头扩散器86a限定多个狭槽86b和 多个孔86c，所述多个狭槽86b和多个孔86c延伸通过圆柱形体36的 外壁50。在该实施例中，多个狭槽86b在径向上相对于纵向轴线84i 均匀隔开，并且形成一排狭槽86d。此外，多个孔86c在径向上围绕纵 向轴线均匀隔开并且形成一排孔86e。每个孔86d和每个狭槽86c还围 绕圆柱形体36的外壁50交替。该实施例的接触尖头扩散器进一步显 示了所有前述附图中所示的多个孔隙54的不同实施方式。

参考图13B和图13C，图13B显示了接触尖头扩散器的横截面图， 和图13C显示了接触尖头扩散器84a的钻孔长度88a和尖头内径(I.D.) 88b之间的关系的曲线。钻孔长度88a表示接触尖头扩散器84a与从远 端部46延伸至倒圆入口60的焊丝接触的长度。尖头内径88b表示圆 柱形出口孔40的直径。曲线88c显示了接触尖头扩散器84a和本公开 设想的其它接触尖头扩散器的出口孔40的钻孔长度88a和尖头内径 88b之间的比例。

曲线88c显示了对于更小的焊丝和尖头内径88b，钻孔长度比例 88d可以更大。例如，当尖头内径88b为7/64英寸时，钻孔长度比例 在3和4之间，但是当尖头内径88b为0.045时，钻孔长度比例88d 在6和7之间。通常地，分别对于尖头内径在1/8英寸和0.035英寸之 间的接触尖头，钻孔长度比例88d可以在2和9之间。图13C显示了 用于实施所公开的接触尖头扩散器的指导方针而不应被视为限制本公 开的范围。曲线88c显示了钻孔长度比例88d随着接触尖头扩散器的 尖头内径88b的减小而增大。

显示的接触尖头的实施方式仅为示例性的而不应被视为限制本公 开。其它实施例可以包括多个排，所述多个排包括多个狭槽、多个孔 或其任何组合，进一步包括来自腔38的多个气体出口通道。气体出口 通道可以相对于彼此对称或不对称地形成，并且每个出口通道围绕本 体独立设置。气体出口通道可以以围绕本体的圆周延伸的任何样式形 成，并且也可以包括在径向上围绕本体以相对于纵向轴线84i的一定角 度延伸的排。

在又一个实施方式中，一排孔和一排狭槽可以重叠或者多个狭槽 可以包括独立的狭槽，每个狭槽在纵向上以相对于纵向轴线的不同角 度延伸。最后，气体出口通道可以包括不同的形状，包括但不限于具 有各种倒角或圆角侧或边缘的椭圆形和多边形。每个前述实施例显示 了气体出口通道的实施方式，所述气体出口通道引导保护气体进入喷 嘴22，并且提供接触尖头扩散器24的改进的冷却，同时维持保护气体 的覆盖以改进根据本公开的实施方式的接触尖头的寿命。

参考图14，喷嘴22的内体94被构造成充当尖头固定器，并且将 整体尖头扩散器24固定在其中。内体94包括大致圆柱形的中空体76 并且包括近端100和远端102。内体94限定在远端部102处的内部远 端凸缘96，和在近端部100和远端部102之间的中间凸缘104。内部 远端凸缘96限定周边倾斜表面106，用于与接触尖头扩散器24的外肩 部52接触。中间凸缘104限定内周接触表面108。内部远端凸缘96 邻接接触尖头扩散器24的外肩部52，从而固定和定位整体尖头扩散器 24。

参考图15，当导体管14和接触尖头扩散器24插入喷嘴22中时， 内体94的内周接触表面108接触导体管14的外接触表面82，并且导 体管14的外肩部80接合内体94的中间凸缘104。内体94的内部远端 凸缘96的倾斜表面106与接触尖头扩散器24的外肩部52接触，并且 避免接触尖头扩散器24如箭头X所示向远端移动。通过导体管14的 内锥形表面66避免接触尖头扩散器24如箭头Y所示向近端移动。接 触尖头扩散器24的外接触表面64被构造成匹配导体管14的内锥形表 面66，使得当接触尖头扩散器24的近端部44固定至导体管14的远端 部26时，接触尖头扩散器24的外接触表面64与导体管14的内锥形 表面66紧密接触。

在尖头扩散器24的外接触表面64和导体管14的内锥形表面66 之间提供充分的物理接触，使得电流可以可靠地从导体管14传递至接 触尖头扩散器24，并且热量可以有效地从接触尖头扩散器24传递至导 体管14。除了通过保护气体冷却之外，接触尖头扩散器24可以进一步 由于接触尖头扩散器24和导体管14之间增加的接触面积而冷却。相 比于现有技术的焊枪中的接触尖头和扩散器之间的螺纹连接的接触表 面，增加的接触面积允许从接触尖头扩散器24至导体管14的有效的 传热。

再次参考图3和图4，为了组装MIG焊枪，预组装外体90、绝缘 体92和内体94从而形成整体喷嘴22，并且从喷嘴22的近端将接触尖 头扩散器24插入喷嘴22直至接触尖头扩散器24的外肩部52接触内 体94的内部远端凸缘96的倾斜表面106。内部远端凸缘96避免接触 尖头扩散器24进一步向远端移动。

之后，将导体管14的远端部26插入喷嘴22的近端，直至导体管 14的远端部26插入在接触尖头扩散器24的外接触表面64和内体94 的内周接触表面108之间的空间。不需要工具来将导体管14连接至包 括喷嘴22和接触尖头扩散器24的耗材组件16。不需要螺纹连接来固 定连接。接触尖头扩散器24、喷嘴22和导体管14可以通过朝向彼此 简单挤压这些元件从而得到组装。因此，制造成本可以降低。

虽然图中未示出，导体管14可以通过螺纹连接固定至喷嘴22的 内体94，如其它实施方案中所示。

参考图15，在操作中，将保护气体从导体管14的内通道30引导 进入接触尖头扩散器24的内腔38。然后通过多个孔隙54将保护气体 引导出接触尖头扩散器24。孔隙54使保护气体扩散并且向整体尖头扩 散器24提供冷却。

从导体管14引导焊丝20使其通过接触尖头扩散器24的内腔38 到达接触尖头扩散器24的出口孔40。从导体管14传递电流使其通过 接触尖头扩散器24到达焊丝20。出口孔40的倒圆入口60减少焊丝的 刮擦和刮削。出口孔40提供与焊丝20的接触。围绕接触尖头扩散器 24设置的喷嘴22保护接触尖头扩散器22免于与工件接触，所述喷嘴 接地并且还将保护气体引导至焊接熔池。

具有整体结构的接触尖头扩散器24可以由于在接触尖头扩散器 24和导体管14之间增加的接触表面和由于从接触尖头扩散器24至保 护气体的热传导而充分冷却。同样地，保护气体在接触尖头扩散器24 的内部和外部提供冷却。由于充分冷却，接触尖头扩散器24可以由使 用更少铜合金的中空结构形成，从而降低制造成本，并且可以用于重 型负荷应用(例如高安培操作)。

此外，具有中空和整体结构的接触尖头扩散器24相对易于制造。 接触尖头扩散器24可以通过成形工艺形成，包括但不限于锻造、模锻、 冷成形、挤出、金属注射成型(MIM)、浇铸和机械加工。充当用于 传递电流的接触尖头和用于扩散保护气体的扩散器的整体接触尖头扩 散器24通过消除气体扩散器的分离元件而降低总的制造成本。

参考图16，显示了用在电弧焊接装置10中并且根据本公开的第二 个实施方案构造的耗材组件120和导体管126。耗材组件120包括接触 尖头122和喷嘴124。本实施方案中的接触尖头120具有与图15的接 触尖头扩散器24相似的结构，除了图16的接触尖头120不具有任何 延伸通过接触尖头120的外壁50的用于扩散气体的孔隙。相反，在导 体管126中形成用于扩散保护气体的孔隙。

相似地，接触尖头120包括内腔38和出口孔40。在内腔38的远 端47处形成倒圆入口60。内腔38与导体管126的内通道128对准从 而接收导管内衬32(图2中所示)。接触尖头120的结构与图15的接 触尖头扩散器24相似，并且其说明应被视为相似的从而在下文中避免 复述。

导体管126包括远端部130，所述远端部130具有内锥形表面132， 用于与接触尖头122的外接触表面134接触。内锥形表面132和外接 触表面134改进导体管126和接触尖头122之间的电流传递和传热。 接触尖头122、导体管128和喷嘴124之间的连接与图15的接触尖头 扩散器24、导体管14和喷嘴12之间的连接相似，因此其详细说明应 被视为相似的从而在下文中避免复述。

导体管126的远端部130限定多个孔隙136，所述孔隙136延伸通 过远端部130的圆柱形壁138。虽然显示多个孔隙136在导体管126 的径向方向上定向，孔隙136可以以相对于导体管126的纵向轴线的 一定角度定向，或者具有平行于导体管126的纵向轴线的部分。多个 孔隙136与导体管126的内通道128流体相通。靠近接触尖头122的 近端部44提供多个孔隙136。

通过在导体管126中形成孔隙136，接触尖头122、喷嘴124和导 体管126适合用于轻型负荷应用(约250A和以下)。当从气体源引 导保护气体使其通过焊接电缆18(图1中所示)并且到达导体管126 的远端部130时，保护气体可以进一步被引导出导体管126并且进入 在喷嘴124和导体管126的远端部130之间的第一气体室140。第一气 体室140与在接触尖头122和喷嘴124之间的第二气体室142流体相 通。保护气体可以通过在喷嘴124的内部远端凸缘96中形成的通风孔 (未示出)或者通过在内部远端凸缘96和接触尖头122之间的间隙(未 示出)被进一步向远端引导至第二气体室142。因此围绕接触尖头122 形成保护气体的覆盖层从而保护金属熔池。

可以靠近在导体管126和接触尖头122之间的界面形成多个孔隙 136。因此，流动通过孔隙136的保护气体可以向在操作过程中经受高 热的接触尖头122提供充分冷却。

与第一个实施方案的接触尖头扩散器24相同，接触尖头122直接 固定至导体管126的远端部130而无任何介入元件。除了向接触尖头 122传递气体和电流之外，导体管126还用于使保护气体扩散从而围绕 接触尖头122形成保护气体的覆盖层。不需要分离的气体扩散器。因 此，根据本公开的教导构造的包括耗材组件120和导体管126的电弧 焊接装置10具有更少的元件并且因此降低了制造成本。

虽然图中未示出，应理解可以在导体管126和接触尖头122两者 中形成孔隙，使得导体管126和接触尖头122两者可以使保护气体扩 散。当在导体管126和接触尖头122两者中形成孔隙时，耗材组件和 导体管适合用于重型负荷应用。

参考图17和18，显示了用在电弧焊接装置10中并且根据本公开 的第三个实施方案构造的耗材组件202和导体管204。耗材组件202 包括接触尖头206和环绕接触尖头206的喷嘴207。如在图16中所示 的第二个实施方案那样，在导体管204中形成用于引导保护气体的孔 隙130。

如图18中清楚所示，接触尖头206为根状尖头，并且具有限定细 长出口孔216的远端部214和限定内腔220的近端部218。不同于第一 个和第二个实施方案中的接触尖头扩散器和接触尖头(其中细长出口 孔比内腔短得多)，细长出口孔216具有的长度接近内腔220的长度。 与第一个实施方案的接触尖头扩散器24、68、69、72和第二个实施方 案的接触尖头122相似，本实施方案的接触尖头206具有在近端部218 处的外肩部240和锥形接触表面219。

喷嘴207包括内体208、环绕内体208的外体210、和位于其之间 的绝缘体212。喷嘴207的内体208包括变大的近端部222和变窄的远 端部214。绝缘体212设置在外体210和内体208的变大的近端部222 之间。变窄的远端部214包括用于接合接触尖头206的外肩部240的 内部远端凸缘244和用于使保护气体扩散的多个孔隙226。虽然图17 和图18中显示了两个孔隙226，可以在内体224中形成任何数量(包 括一个)的孔隙226。气体室228限定在内体208的变窄的远端部214 和外体210之间并且与内体208的孔隙226流体相通。

导体管204包括远端部230和靠近远端部230设置的接合部232。 远端部230限定多个孔隙234，所述孔隙234与内体208的孔隙226 流体相通。远端部230进一步限定内锥形表面235，所述内锥形表面 235用于与接触尖头206的外锥形表面219接触。接合部232可以包括 多个凸轮锁连接部236，所述凸轮锁连接部236用于将导体管204固定 在喷嘴202中。例如，可以沿着接合部232的圆周以120°隔开地提供 三个凸轮锁连接部236。凸轮锁连接部236各自沿着导体管204的圆周 具有对立端部250、252。一个端部250具有的第一厚度大于另一个端 部252的第二厚度，使得在对立端部250、252之间形成锥形表面254。 凸轮锁连接部236允许导体管204以滑动方式固定在喷嘴207内。

虽然图中未示出，应理解接合部232可以具有螺纹，用于与喷嘴 208的内体208螺纹连接，螺纹连接如其它实施方案中所示。

当导体管204插入喷嘴207时，凸轮锁连接部236接合内体208 的变大的近端部222的内表面238。此外，导体管204的远端部230 接合变窄的远端部224的内表面240。当导体管204设置就位时，导体 管的孔隙230在径向上与内体208的孔隙226对准，并且外锥形表面 219与导体管204的内锥形接触表面235紧密接触。内锥形接触表面和 外锥形接触表面219和235改进从接触尖头206至导体管204的传热， 因此向接触尖头206提供更有效的冷却。通过在导体管204中形成孔 隙，耗材组件202和导体管204适合用于轻型负荷应用。

参考图19A和图19B，图17和图18中显示的导体管204仍然根 据本公开的第三个实施方案以不同的变体形式显示。图19A显示了导 体管260变体形式的实施例。在该变体形式中，多个孔隙234以多个 狭槽262的形式形成。在又一个实施例中，图19B显示了具有多个狭 槽266和多个孔268的导体管264。图19A和图19B中所示的导体管 260和264可以具有与图9至图13中所示的那些相似的与接触尖头扩 散器相似的其它变体形式，从而改变保护气体的分散并且改进保护气 体的覆盖。

图20A和图20B再次涉及根据本公开的第三个实施方案构造的耗 材组件202和导体管204，并且进一步公开了对准设备270。对准设备 充当引导件从而使导管内衬(未示出)在导体管204内并且沿着纵向 轴线272在内通道128内定中心，所述导管内衬与图2至图4中所示 的导管内衬32相似。对准设备270定位导管内衬并且因此定位焊丝， 使得延伸进入接触尖头206的内腔220的部分与沿着纵向轴线272的 细长出口孔216对准。

在第三个实施方案中加入对准设备270造成导管内衬从内通道 274延伸进入内腔220。内通道限定设置在对准设备270中心的内锥形 表面276。对准设备270使得通过导管内衬供应的焊丝一致地进入倒圆 入口60并且通过出口孔216向外供应。对准设备通过减少通过接触尖 头206供应焊丝的不一致性从而改进电弧焊接装置10的操作。

对准设备270进一步包括压配表面278，所述压配表面278在压配 腔280中压入导体管204的远端部130。显示压配表面274具有倒角 282，当压入导体管204的远端部130并且邻接压配腔280时，所述倒 角282围绕近端部284设置从而易于制造。

参考图21A和图21B，图17和图18中显示的内体204以与本公 开的第三个实施方案相似的不同的变体形式显示。具有限定凸轮锁部 290的内腔288的紧定套286附接至第三个实施方案的导体管204。紧 定套206进一步包括多个从外表面294延伸至内腔288的孔隙292和 多个围绕外表面设置的螺纹296，从而附接至与第三个实施方案中公开 的喷嘴207相似的喷嘴(未示出)组件。在本实施例中，喷嘴207的 内体208附接至多个螺纹296并且包括内部远端凸缘(未示出)，从 而固定根据本公开的教导的接触尖头206。

参考图22，显示了用在图1的电弧焊接装置10中并且根据本公开 的第四个实施方案构造的耗材组件302和导体管304。耗材组件302 包括喷嘴306和接触尖头扩散器308。导管内衬310在纵向上延伸通过 导体管304。接触尖头扩散器308包括用于使保护气体从接触尖头扩散 器308内扩散至接触尖头扩散器308外的孔隙312，并且因此在本实施 方案中充当接触尖头和气体扩散器两者。接触尖头扩散器308在结构 上与图5的接触尖头扩散器24相似，除了接触尖头扩散器308的近端 部314包括球形接触表面316。对于相同的部件使用相同的附图标记， 因此这些部件可以以与本申请中前文描述的相似的方式起作用。

如图23中清楚显示，接触尖头扩散器308包括限定内腔38的近 端部314和限定细长出口孔40的远端部46。近端部314包括外肩部 52和球形接触表面316。相似地，接触尖头扩散器308具有多个孔隙 54，所述孔隙54在径向上延伸通过近端部314从而使保护气体扩散。 因此，耗材组件302适合用于重型负荷(例如高安培)焊接操作。

喷嘴306具有与图15中的喷嘴相似的结构。对于相同的部件使用 相同的附图标记，因此说明及其描述应被视为相似的从而在下文中避 免复述。

本实施方案的导体管304在结构上与图15的导体管相似，除了导 体管304限定球形接触表面324，所述球形接触表面324对应于接触尖 头扩散器308的球形接触表面316。接触尖头扩散器308和导体管304 的球形接触表面316和324改进尖头/扩散器308和导体管304之间的 接合。

参考图23至图25，显示了用在图1的电弧焊接装置10中并且根 据本公开的第五个实施方案构造的耗材组件402和导体管404。耗材组 件402包括接触尖头扩散器404和喷嘴406。接触尖头扩散器404与图 15至图16的接触尖头扩散器308相似，除了接触尖头扩散器308具有 在球形接触表面316中形成的环形凹槽408。对于相同的部件使用相同 的附图标记，因此这些部件可以以与本申请中前文描述的相似的方式 起作用。

相似地，本公开的接触尖头扩散器308具有近端部314和远端部 46。近端部314具有外肩部52和球形接触表面316。环形凹槽418沿 着球形接触表面316的圆周形成。

如图25中所示，当接触尖头扩散器308和导体管404固定在喷嘴 406内时，接触尖头扩散器404的球形接触表面316与导体管404的球 形接触表面324紧密接触。环形凹槽408避免由于球形接触表面316 和324的热膨胀而导致接触尖头扩散器404锁定至导体管404的可能。

参考图26和图27，显示了用在图1的电弧焊接装置10中并且根 据本公开的第六个实施方案构造的耗材组件402和导体管404。耗材组 件402包括接触尖头406和喷嘴组件408。接触尖头406与图16的接 触尖头122相似并且包括外接触表面407，所述外接触表面407从近端 部向远端部向外呈锥形。

喷嘴组件408包括喷嘴壳体410和围绕喷嘴壳体410的远端部413 安装的喷嘴杯412。喷嘴杯412可以通过螺纹连接或快速脱离连接件 (quick disconnects)及其它类型的连接组装至喷嘴壳体410。喷嘴壳 体410包括外体414、内体416和设置在外体414和内体416之间的绝 缘体418。内体416充当尖头固定器，用于固定接触尖头122。

导体管404包括远端部420，所述远端部420具有内接触表面422 和外连接表面423。远端部420可以分离地形成并且模制至导体管404 的主体。替代性地，远端部420可以为导体管404的整体部件。内接 触表面422呈锥形从而匹配接触尖头406的外接触表面407。外连接表 面423可以具有螺纹从而与喷嘴组件408的内体416螺纹连接。多个 孔隙424延伸通过内接触表面422。当导体管404接合接触尖头406 时，导体管404的内锥形接触表面422与外锥形接触表面407紧密接 触。导体管404和接触尖头406之间的改进的接触改进了从接触尖头 406至导体管404的传热。

图28至图30涉及用在图1的电弧焊接装置10中并且根据本公开 的第七个实施方案构造的耗材组件450和导体管452。参考图28，耗 材组件450与第一个实施方案的耗材组件16相似，因此这些部件可以 以与本申请中前文描述的相似的方式起作用。喷嘴组件452通过包括 多个螺纹460的套456和接合部458的形式的中间连接件附接至导体 管454。本实施方案额外引入对准设备462，所述对准设备462设置在 导体管454中从而使导管内衬与接触尖头扩散器464对准。该实施方 案提供将一次性组件450连接至导体管454的替代性装置，可更换套 456的额外益处是允许更换多个螺纹460而不更换导体管454。

套456接合导体管454的远端466。套456的内表面轮廓468被构 造成在导体管454的外表面轮廓470上滑动。还通过设置在环形凹槽 474中的锁定环472将套456固定就位。套456的接合部458包括多个 螺纹460，所述螺纹460连接至也包括多个螺纹478的喷嘴组件452 的内体部476。

还参考图28，对准设备462用于使与图20中所示的导管内衬310 相似的导管内衬(未示出)在导体管454内沿着纵向轴线482在内通 道480内定中心。对准设备462定位导管内衬，使得延伸进入接触尖 头扩散器464的内腔484的部分与沿着纵向轴线482的出口孔486对 准。在该实施方案中加入对准设备462造成导管内衬延伸进入内腔 484，使得通过导管内衬供应的焊丝一致地进入倒圆入口488并且通过 出口孔486供应出来。

在第七个实施方案中公开的对准设备462的另一个特征是邻接内 通道492的多个口490。导管内衬设置在内通道492中从而使导管内衬 与接触尖头扩散器464的内腔484对准，并且多个口490提供导体管 454内增加的横截面积。增加的横截面积保证对准设备462不限制保护 气体通过导体管454的流动。

现在参考图29，对准设备462包括压配表面502，所述压配表面 502在压配腔504中压入导体管454的远端466。导体管454的远端466 进一步限定外表面轮廓506，所述外表面轮廓506基本上为具有径向对 准机制(例如平面、凸耳、键槽或凹槽)的圆形。在该实施例中，在 两个对立侧上设置平面508用于径向对准。套456的内部轮廓468被 构造成可滑动地接合外表面轮廓508，使得套456可以沿着纵向轴线 482滑动，但是被限制围绕导体管454旋转。最后，为了限制沿着纵向 轴线的移动，在环形凹槽474中设置锁定环472。通过使锁定环472 就位，可以充分限制套456。接触尖头扩散器464接合导体管454的远 端466，并且喷嘴组件452的内体476通过多个螺纹460和478的每一 者的配合表面连接至套456的接合部458。

在图30中显示的组装的横截面图中进一步详细解释了本实施方案 的焊接装置的组件，其中为了清楚起见仅显示了喷嘴组件452的内体 476。为了保持接触尖头扩散器的位置，内体476进一步限定内部远端 凸缘520，所述内部远端凸缘520邻接接触尖头扩散器464的外肩部 522并且保持接触尖头扩散器464的位置。清楚显示了以多个螺纹460 形式限定的套456的接合部458接合内体476的多个螺纹478。此外， 显示导体管的压配腔504，从而显示根据本实施方案组装的对准设备 462的压配表面502。

仍然根据本公开的第七个实施方案，图31A显示了套456和导体 管454的连接。导体管454的远端466处的外表面轮廓506在两个对 立侧上包括平面508。套456的内表面轮廓468被构造成可滑动地接合 外表面轮廓506，使得套456可以沿着纵向轴线482滑动，但是被限制 围绕导体管454旋转。图31A中也显示了接合部458和多个螺纹460 从而提供进一步的细节。

与本公开的第七个实施方案相似并且再次参考前述实施方案，图 31B中显示了不同变体形式的套550和导体管552。在该实施例中，导 体管的外表面轮廓554被限定成具有键槽556和键558，从而接合套 550的内表面轮廓560。在本实施例中，套550接合导体管552的远端 562，并且通过设置在键槽556和套550的内表面轮廓560中的键558 而被限制围绕导体管552旋转。导体管552可以相似地被构造成通过 花键联接从而接合套的内表面轮廓。此外，套550的接合部564被限 定成凸轮锁部566。与第一个实施方案相似，凸轮锁部566接合喷嘴组 件(未示出)的内体，而不是接合第七个实施方案的耗材组件中的多 个螺纹460。

在本公开的第七个实施方案的另一个实施方案中并且再次参考前 述实施方案，图32中显示了不同变体形式的导体管568和套570。该 变体形式与图31A中公开的相似，但是包括一组螺钉572作为将套570 固定至导体管568的装置。该组螺钉572设置在套570的孔574和导 体管568的螺纹孔576中从而将套570固定至导体管568。该实施方案 可以进一步包括套570，所述套570具有当组装时至少延伸至导体管 568的远端466的细长表面578。本实施方案使用套570从而保护导体 管568的远端466免于磨损并且保护远端466免于冲击。

再次参考图28中所示的第七个实施方案，图33A显示了对准设备 462。清楚显示了多个口490围绕和邻接内通道492均匀隔开。多个口 均匀隔开允许保护气体一致地通过对准设备462。此外，显示压配表面 502具有倒角602，当压入导体管454的远端466并且邻接压配腔504 时，所述倒角602设置在近端604中从而易于制造。

现在参考图33B和图33C，显示了与第七个实施方案相似的不同 变体形式的对准设备462，其提供了可以从本公开的上述教导并入的变 形实施方案。图33B中显示的对准设备606具有多个口608，所述口 608设置在对准设备606的壁610内。此外，代替如第七个实施方案中 公开的压配表面502，本实施例具有限定多个螺纹614的外表面612， 所述螺纹614被构造成连接至设置在导体管中的螺纹表面。

图33B中显示的对准设备616具有多个口618，使得当对准设备 616设置在导体管(未示出)中时，多个口618邻接导体管的内表面 619(以虚线显示)。此外，外表面620围绕对准设备616设置并且包 括凸轮锁部622。在该实施例中，导体管的内表面进一步限定接合部， 所述接合部被构造成接合凸轮锁部622并且保持对准设备616。前述实 施例并不旨在限制其它变体形式，并且用于教导本公开的可能的实施 方案。

本公开仅为示例性性质，因此不偏离本公开的精神的变体形式旨 在落入本公开的范围内。这些变体形式不被视为偏离本公开设想的范 围。