《一种等离子切割焊炬的电极及其制造方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种等离子切割焊炬的电极及其制造方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103121143 A (43)申请公布日 2013.05.29 CN 103121143 A *CN103121143A* (21)申请号 201310087894.8 (22)申请日 2013.03.20 B23K 10/00(2006.01) B23K 35/06(2006.01) B23K 1/008(2006.01) B23K 1/20(2006.01) (71)申请人 安徽西锐重工科技有限公司 地址 246121 安徽省安庆市怀宁县工业园稼 先北路 7 号安徽西锐重工科技有限公 司 (72)发明人 余金湖 杨小泉 (54) 发明名称 一种等离子切割焊炬的电。
2、极及其制造方法 (57) 摘要 本发明公开了一种等离子切割焊炬的电极及 其制造方法， 包括铜质基体和铪质电极发射体， 所 述的铜质基体的截面形状为 “山” 字型， 铜质基体 的底部设有环形槽， 所述的铪质电极发射体为环 状， 且镶嵌在铜质基体的环形槽内。其制造方法 是 ： 将铜质基体、 铪质电极发射体和钎焊剂， 用艾 特斯清洗剂浸洗后， 放入丙酮中浸洗 35 分钟 后， 进行装配， 得装配体 ； 将钎焊剂放置在装配体 的铜质基体上， 将铜质基体和铪质发射体在真空 度小于 210-2P 的条件下焊接， 得焊接体， 然后冷 却后得产品。 本发明具有间歇电阻低、 电极发射体 冷却效率高、 使用寿命长。
3、等特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103121143 A CN 103121143 A *CN103121143A* 1/1 页 2 1. 一种等离子切割焊炬的电极， 包括铜质基体 （1） 和铪质电极发射体 （2） ， 其特征在 于 ： 所述的铜质基体 （1） 的截面形状为 “山” 字形， 铜质基体 （1） 的底部设有环形槽， 所述的 铪质电极发射体 （2） 为环状， 且镶嵌在铜质基体 （1） 的环形槽内 ； 以重量计， 。
4、铜质基体 （1） 的 铜含量大于 99.95%， 氧含量小于 0.002%， 铪质电极发射体 （2） 中的铪含量大于 97%。 2. 根据权利要求 1 所述的等离子切割焊炬的电极， 其特征是 ： 所述的环状铪质电极发 射体 （2） 的内外直径比值为 0.30.6。 3. 根据权利要求 2 所述的等离子切割焊炬的电极， 其特征是 ： 所述的环状铪质电极发 射体 （2） 的外径直径为 2.0mm ； 内径直径为 0.7mm。 4. 根据权利要求 2 所述的等离子切割焊炬的电极， 其特征是 ： 所述的环状铪质电极发 射体 （2） 的外径直径为 2.0mm， 内径直径为 1.1mm。 5. 一种如权利。
5、要求 1 所述的等离子切割焊炬的电极制造方法， 包括如下步骤 ： a 将铜加工成截面形状为 “山” 字形的铜质基体 （1） ， 在铜质基体 （1） 的底部开环形槽， 将铪加工成环状的铪质电极发射体 （2） ； b 将 a 步的铜质基体 （1） 、 铪质电极发射体 （2） 和钎焊剂， 用艾特斯清洗剂浸洗， 再用纯 净水清洗后放入丙酮中浸洗 ； c 将 b 步的铜质基体 （1） 、 铪质电极发射体 （2）进行装配， 两者之间的装配间隙小于 0.05mm， 得装配体 ； d 将钎焊剂放置在 c 步装配体的铜质基体 （1） 上， 将铜质基体 （1） 和铪质发射体 （2） 在 真空度小于 210-2 P。
6、 的条件下焊接， 焊接过程分两次升温和保温过程， 第一次升温控制在 760 30时， 保温 15 分钟 30 分钟 ； 第二次升温控制在 850 50时， 又保温 15 分 钟 30 分钟， 得焊接体 ； e 将 d 步焊接体冷却， 即得等离子切割焊炬的电极。 权 利 要 求 书 CN 103121143 A 2 1/3 页 3 一种等离子切割焊炬的电极及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种等离子切割焊炬的电极 ； 本发明还涉及该电极的制造方法。 背景技术 0002 数控等离子切割机具有操作简单、 精确度高、 工作效率高、 劳动强度低等优点， 广 泛应用于化工机械、 汽车工业、 通用。
7、工程机械等行业进行加工件切割。而等离子切割焊炬 电极作为等离子切割机的关键消耗件之一， 目前市场上一般由柱状离子发射体铪和铜基体 镶嵌在一起， 这种构造充分利用了铪抗氧化性能高， 电子逸出功率低和铜的导热导电性能 好的特性， 使电极最大限度发射等离子弧的同时又能将热量传递出去， 这样能保证发射体 铪不会很快被烧损。但随着焊炬电极的频繁使用， 存在如下缺点 ： 1、 因铪材料的纯度不高， 易烧损， 电极寿命就短 ； 2、 引弧次数的增多， 由于两种材质铜和铪的热胀系数不同且相差悬 殊， 铜受热膨胀系数大， 这样在高温下不可避免的形成间隙。 甚至因为有间隙的产生在铜与 铪的表面形成氧化膜层， 铪的。
8、热量不易传递出去， 这样电极头部导电导热性将会随之变差， 从而电极前端温度就会很快升高， 随之发射体铪就会很快熔化烧损， 甚至铜基体也会熔化 烧损。这样就造成电极损坏 ； 3、 因电极磨损， 将产生不可控制的等离子弧， 极易造成割炬的 严重损坏。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题是提供了一种间歇电阻低、 电极发射体冷却效率高、 使用寿命长的等离子切割焊炬的电极。 0004 本发明所要解决的另一个问题在于提供上述电极的制造方法。 0005 为解决上述技术问题， 本发明一种等离子切割焊炬的电极， 包括铜质基体和铪质 电极发射体， 所述的铜质基体的截面形状为 “山” 字形， 铜质基体的底。
9、部设有环形槽， 所述的 铪质电极发射体为环状， 且镶嵌在铜质基体的环形槽内 ； 以重量计， 铜质基体的铜含量大于 99.95%， 氧含量小于 0.002%， 铪质电极发射体中的铪含量大于 97%。 0006 所述的环状铪质电极发射体的内外直径比值为 0.30.6。 0007 所述的环状铪质电极发射体的外径直径为 2.0mm ； 内径直径为 0.7mm。 0008 所述的环状铪质电极发射体的外径直径为 2.0mm， 内径直径为 1.1mm。 0009 本发明一种等离子切割焊炬的电极制造方法， 包括如下步骤 ： a 将铜加工成截面形状为 “山” 字形的铜质基体， 在铜质基体的底部开环形槽， 将铪加。
10、工 成环状的铪质电极发射体 ； b 将 a 步的铜质基体、 铪质电极发射体和钎焊剂， 用艾特斯清洗剂浸洗， 再用纯净水清 洗后放入丙酮中浸洗 ； c 将 b 步的铜质基体、 铪质电极发射体进行装配， 两者之间的装配间隙小于 0.05mm， 得 装配体 ； d 将钎焊剂放置在 c 步装配体的铜质基体上， 将铜质基体和铪质发射体在真空度小于 说 明 书 CN 103121143 A 3 2/3 页 4 210-2 P的条件下焊接， 焊接过程分两次升温和保温过程， 第一次升温控制在76030 时， 保温 15 分钟 30 分钟 ； 第二次升温控制在 850 50时， 又保温 15 分钟 30 分钟，。
11、 得焊接体 ； e 将 d 步焊接体冷却， 即得等离子切割焊炬的电极。 0010 本发明具有以下优点和特点 ： 1、 电极发射体设置为环状， 增加了电极发射体和基体的接触面积， 加快铪的散热速度， 铪的熔化烧损速度减慢， 从而达到延长电极的使用寿命 ； 2、 由于两种材质铜和铪的热胀系数不同， 且相差悬殊， 通过采用真空钎焊工艺， 改善实 验的工艺流程， 减小高温下形成的间隙， 有效消除电极发射体和基体的间歇电阻 ； 另外， 铪 的热量很容易传递出去， 提高电导热性， 有效保护了电极头部 ； 4、 通过银合金钎焊剂将铪质电极发射体焊接在铜质基体， 提高整个焊缝处的导电和导 热性， 进而提高电极。
12、的冷却效果。 附图说明 0011 图 1 是本发明一种等离子切割焊炬的电极的轴向剖面图 ； 图 2 是本发明中铪质电极发射体的横剖面图 ； 图 3 是真空焊接机曲线和时间曲线图。 具体实施方式 0012 下面结合附图， 对本发明一种等离子切割焊炬的电极及其制造方法作进一步说 明 ； 由图1、 图2可知， 本发明一种等离子切割焊炬的电极， 包括铜质基体1和铪质电极发射 体 2， 所述的铜质基体 1 的截面形状为 “山” 字形， 铜质基体 1 的底部设有环形槽， 所述的铪 质电极发射体 2 为环状， 且镶嵌在铜质基体 1 的环形槽内 ； 以重量计， 铜质基体 1 的铜含量 大于 99.95%， 氧。
13、含量小于 0.002%， 铪质电极发射体 2 中的铪含量大于 97%。 0013 所述的环状铪质电极发射体 2 的内外直径比值为 0.30.6。 0014 本发明一种等离子切割焊炬的电极制造方法， 包括如下步骤 ： a 将铜加工成截面形状为 “山” 字形的铜质基体 1， 在铜质基体 1 的底部开环形槽， 将铪 加工成环状的铪质电极发射体 2， 环状的铪质电极发射体 2 ； b将a步的铜质基体1、 铪质电极发射体2和钎焊剂， 用艾特斯清洗剂浸洗510分钟， 再用纯净水超声清洗 5 分钟后， 放入丙酮中浸洗 35 分钟， 去氧化皮 ； c将b步的铜质基体1、 铪质电极发射体2进行装配， 两者之间的。
14、装配间隙小于0.05mm， 得装配体 ； d 将钎焊剂放置在 c 步装配体的铜质基体 1 上， 将铜质基体 1 和铪质发射体 2 在真 空度小于 210-2 P 的条件下焊接， 焊接过程分两次升温和保温过程， 第一次升温控制在 760 30时， 保温 15 分钟 30 分钟 ； 第二次升温控制在 850 50时， 又保温 15 分 钟 30 分钟， 得焊接体 ； e 将 d 步焊接体冷却， 即得等离子切割焊炬的电极。 0015 在上述步骤中， 所述的钎焊剂为银合金， 冷却方式采取随炉冷却 ； 日常工作中根据 说 明 书 CN 103121143 A 4 3/3 页 5 实际使用需要， 也可采取。
15、充氮气急速冷却 ； 通过艾特斯清洗剂浸洗达到除油污的目的， 浸洗 温度为 15 30， 浓度为 5% 10%， 艾特斯清洗剂的生产厂家为绵阳市宏润达科技有限 公司。 0016 实验取铪质发射体 2 外径直径为 2.0mm ； 内径直径为 0.7mm ； 另一个取铪质发射体 2 外径直径为 2.0mm， 内径直径为 1.1mm。 并采用不同焊接曲线对样品进行钎焊 ； 加热速度 在 10 15 /min ； 保温时间 15 分钟 30 分钟， 冷却后得产品。 0017 参见图 3 的真空焊接机曲线和时间曲线图， 用电子万能试验机并配以工装进行室 温剪切试验。采用金相显微镜和扫描认定钎料在铜中的固溶。
16、体， 结合二元相图分析。钎料 熔化后， 由于浓度和温度的影响， 钎料中的 Ag 向基体铜中的扩散， 同时基体中的铜向钎料 中扩散与熔解， 随着温度上升和保温时间的加长， 熔解程度不断深入， 钎料中共晶成分变成 亚共晶成分， 基体中铜与液态的钎料达到近平衡状态。 0018 随着钎焊温度的提高， 钎料与铜基体之间的扩散加剧， 液态钎料中铜含量增加， 因 此在后来的冷却过程中会吸收掉更多的液态钎料。使冷却后获得的共晶成份组织数量减 少。 0019 为了探讨焊缝中组织， 对焊缝处结构进行扫描， 从扫描结果中可以看出此区域有 可能存在或含铪、 银、 铜金属化合物。然而不论此化合物存在是哪种方式存在， 都。
17、会降低整 个焊缝处的导电和导热性， 进而影响电极的冷却好坏。 0020 因此， 应在保证焊缝良好结合强度的同时， 尽可能地降低焊接温度以达到缩小结 合区域， 从而提高电极导电导热性， 达到提高电极使用的寿命。 0021 而保温时间的长短不同， 焊缝里元素扩散情况也不同， 焊缝里组织随着保温时间 的延长， 钎料同基体铜之间的扩散充分， 液态钎料中铜含量增加， 所以整个过程也是在冷却 过程中将析出更多、 更大的先共晶相， 同时必然消耗更多的液态钎料使冷却后 Ag-Cu 共晶 组织数量减少。 0022 所以 800 900的钎焊温度范围内获得焊缝组织致密而连续焊缝区。随着钎 焊温度升高， 焊缝中的组。
18、织会越来越大， 铪银铜三种金属化合物区域会越来越宽， 而中间 Ag-Cu 共晶成份会减少， 因此在保证焊鏠良好结合强度的同时， 尽可能地降低钎焊温度、 缩 短保温时间。从而提高焊缝区域的导电导热性能， 以达到延长电极使用寿命。 0023 按照本发明方法， 采用铪质发射体 2 外径直径为 2.0mm ； 内径直径为 0.7mm 制作出 的电极， 用于等离子切割机寿命试验时， 切割寿命都能够达到 10 小时以上 ； 采用铪质发射 体 2 外径直径为 2.0mm， 内径直径为 1.1mm 制作出的电极， 切割寿命 9.5 小时 ； 比柱状铪质 电极发射体制作的同类产品平均切割寿命 6 8 小时提高效率 30% 60%。 说 明 书 CN 103121143 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103121143 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103121143 A 7 。