用于將螺柱焊接至工件的套環的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及在焊接操作中使用的套環。更具體地，本發明涉及一種在螺柱焊接操作中使用的套環，其中，該套環具有頸部，該頸部被構造成使待焊接的螺柱居中并允許在焊接操作期間加熱的氣體排出，這能夠保存能量并節省熱量。
【背景技術】
[0002]長期以來，已經在焊接操作中使用套環。例如，1941年12月30日授予Nelson了發明名稱為“Welding Organizat1n(焊接組織)”的美國專利N0.2,268,416。’416專利公開了一種在焊接操作中使用的早前已知的套環。’416專利中的套環(18)將螺柱(11)緊貼地收容在套環(18)的頸部中。螺柱(11)在套環(18)中的緊貼配合確保了螺柱(11)將在套環(18)內保持居中，由此確保螺柱(11)與工件的最終焊接將被適當地定位(例如，不相對于工件設置成非期望的角度)。螺柱(11)的末端位于套環(18)的埋頭孔(19)內。套環(18)具有平面工作面(例如，套環的與工件接觸的表面，螺柱將被焊接到該工件)。埋頭孔(19)的圍繞螺柱(II)末端的部分在螺柱(11)被焊接在軸向水平位置時防止相當大量的熔化材料從弧隙(arc gap)掉落。而且，當螺柱(11)的恪化端被推入到工件的弧坑(arc crater)中時，與工件的表面接觸的套環(18)形成將熔化材料的徑向飛濺限制在埋頭孔(19)的直徑范圍內的封閉體(enclosure)。因而，大部分金屬都被限制為與螺柱(11)的接頭緊密相鄰，結果，獲得了最大強度的焊接點。
[0003]1947年2月 18 日授予Nelson了發明名稱為 “Vented Molding Ferrule ForElectric Stud Welding(用于電螺柱焊接的排氣成型套環)”美國專利N0.2，416，204。’204專利提供了對’416專利中教導的套環的改進。’204專利中的套環(4)也將螺柱(2)緊密地收容在套環(4)的頸部中。螺柱(2)的末端也設置在套環(4)的埋頭孔(7)內。套環(4)被設置為用于將流動的、熔化金屬和熱氣體限制于緊緊圍繞螺柱末端的空間內的裝置，但是該專利認識到對熱氣體的限制不能太靠近焊接點附近，并且該限制不能太完全。’204專利的改進之處在于提供了套環(4)的平面工作面，其具有徑向地橫跨工作面延伸并繞其均勻地間隔開的通道或凹部(18)。通道或凹部(18)的功能是允許在焊接時形成的熱氣體穿過排氣通道
(18)逸出，而非從一側或另一側以偶然的方式吹出和飛濺熱金屬(’416專利的套環(18)可能發生這種情況)，結果，干擾了良好焊接點所需的金屬的均勻和完全融化。由通過釋放和平衡焊接點周圍的腔室內的壓力的排氣孔效果促進了接頭的強度。
[0004]1950年I月3日授予Evan了發明名稱為“Ferrule For Welding(用于焊接的套環)”的美國專利N0.2，493，283。’283專利教導了一種在工作面(10)上不具有通氣孔、而是允許通過貫穿陶瓷套環的壁(12)設置的孔或通道來排出加熱氣體的套環。’283專利教導了:在希望提供排氣時，優選該排氣不發生在套環的邊緣處，因為這種結構在期望均勻填角(fillet)時將導致不規則的填角。然而，’283專利的套環仍提供了一種不具有靠近焊點的連續壁的套環，此外，’ 283專利的套環將極難制造(因此，制造起來成本也很高)。壓制粉狀粘土的加工工具將需要具有銷以產生排氣通道，壓模將需要具有多個部分，所述銷將需要在壓制操作期間延伸和縮回，并且粘土成形模具將需要分為上部和下部。用于產生貫穿套環壁的排氣孔的銷將進一步干擾粘土的壓實。
[0005]1954年12月6日授予Maras了發明名稱為“Ferrule(套環)”的美國專利N0.2,788,435。’435專利示出一種套環(13)，其具有用于焊接矩形螺柱(14)的齒(21)。該齒(21)提供對存在焊弧期間形成的氣體的充分排氣。
[0006]1961 年 10 月 10 日授予 Dash 了發明名稱為 “Welding Stud And FerruleConstruct1n For Electrical Arc Welding(用于電弧焊接的焊接螺柱和套環構造)”的美國專利N0.3,004,139ο' 139專利與’ 283專利一致，并且教導了在套環的工作面中具有通道或凹部的缺點。更具體地，’139專利指出:盡管這些通道或凹部確實允許排出氣體，但它們也允許過量的焊接金屬非期望地流出。過量的焊接金屬的流出通常是熔化金屬飛濺物的形式，它不僅會危害人員，而且也浪費了焊接金屬。過量的金屬可能導致套環從工件升高，這允許熔化的金屬從套環下方逸出，并因而使套環(套環是為了限制該焊接金屬)的目的落空。這種過量焊接金屬的逸出導致令人不滿意的焊接點。例如，圖1和2示出了由于在套環的工作面中設置排氣孔而導致的令人不滿意的焊接點，其中，圖1示出了導致形成現有技術中被稱為焊接莓(weld berrieS)50的焊接操作，并且圖2示出了導致形成現有技術中被稱為蜘蛛腿(spider legs)55的焊接操作(這兩種產物都需要被清除)。
[0007]與’283專利一樣，’139專利的解決方案是從套環(30)的工作面(31)移除排氣孔，作為代替，在頸部處具有套環(30)的孔口(S卩，設有基本比螺柱(11)的直徑大的直徑的開口
(33))。因而，套環(33)的開口(30)允許氣體從其中逸出，而所有的焊接金屬實際上都被限制于套環(30)的腔室內。然而，’139專利的套環(30)犧牲了確保螺柱(11)相對于套環(30)和其中容納的熔化焊接金屬的熔池適當地居中的能力。
[0008]1962年2月 13 日授予Van Den Blink等人了發明名稱為“Stud-Welding Ferrule(螺柱焊接套環)”的美國專利％.3，021，418。’418專利提供了使用用于螺柱焊接的陶瓷套環(6)而非表面上的排氣孔。套環(6)與螺柱(3)結合使用，其中，以圍繞在環狀套環本體中相當緊密地配合的表面形成毛邊(5)的方式銑出縱向凹槽(4)。由套管(6)的孔口的內徑和螺柱(3)的外徑之間的毛邊(5)產生的凹槽和空間將提供用于對焊接期間的熱空氣排氣的通道。然而，’418專利描述了套環(6)和螺柱(3)之間由于一個或另一個上的角度引起的過盈配合，而非允許螺柱焊接過程所需的螺柱(3)在套環(6)內的前后運動。
[0009]I 9 6 5 年 5 月 4 日授予 Da s h 了發明名稱為 “We I d i ng Stud And FerruleConstruct1n For Arc Welding(用于電弧焊接的焊接螺柱和套環構造)”的美國專利N0.3,182,173。’ 173專利提供了套環中的進一步的排氣特征件。例如，’ 173專利教導了套環腔室(24)(例如，套環(18)的設置在頸部下方的部分)的圓柱形壁(19)可設有輔助排氣孔，以允許氣體流出。替代地或者相結合地，下部套環腔室(24)的圓柱形壁(19)可以設有內部垂直凹槽(25)，以允許氣體穿過上部釋放開口(22’)流出。在’173專利所示的每個實施例中，套環(18)的頂部(21)(例如，頸部)設有基本比螺柱(10)的桿部(11)大的同軸開口(22)，以便桿部(11)能夠自由地或寬松地穿過開口(22)并且氣體可容易地流出套環腔室(24)。因而，與’139專利的套環(30)—樣，’178專利的套環(18)犧牲了確保使螺柱(10)相對于套環
(18)的孔口或腔室適當居中的能力。
[0010]1966年12月13日授予Logan了發明名稱為“Welding Ferrule(焊接套環)”的美國專利N0.3，291，438。’438專利示出了使用具有下邊緣的陶瓷焊接套環(10)，該下邊緣具有多個支撐腿(26)，支撐腿(26)具有從套環(10)的內側壁(32)延伸至外側壁(33)的第一壁
(30)和第二壁(31)。支撐腿(26)限定穿過下孔口部(16)的狹槽或開口(36)。除了貫穿表面的排氣孔之外，套環(10)還在上孔口(I5)的、在上孔口(I5)的整個長度上徑向地延伸的壁中具有多個圓周間隔開的排氣孔或V形槽口(23)。因而，’438專利要求結合套環(10)的頸部中的多個凹槽(23)來使用套環(10)的表面中的多個排氣孔(36)。
[0011]1978年9月26日授予Sholle了發明名稱為“Ferrule For Stud Welding(用于螺柱焊接的套環)，，的美國專利N0.4，117，297。’ 297專利示出了多種陶瓷套環，它們全都具有用于圍繞接觸面的一部分排氣的槽口，并且在該接觸面的其余部分上不存在排氣孔。在該接觸面的一部分上不存在排氣孔的目的是:當焊接至豎直表面時，由于重力而向焊弧施加不平衡，并且磁弧由于邊緣、長部分和接地連接或電纜的位置而偏吹。’297專利的套環能夠與偏吹方向相反地通過封閉的排氣孔或較小的腔體定位。’297專利的圖4-6全部示出了用于使螺柱在套環的上部通道(150、168、186)中居中的肋或突起(154、172、190)。在套環的頸部中產生的空間是為了實現從套環的表面的一部分上一定程度地去除排氣孔。
[0012]現有技術中還已知其它的特征，但它們已經用在不同類型的焊接操作中。
[0013]迄今為止的現有技術中已知的套環的問題在于，還不存在充分地允許下列每種用途的套環:(I)將焊接金屬限制于套環腔室的特定直徑內；(2)對焊接操作期間膨脹的熱氣體排氣；(3)使螺柱相對于套環居中；(4)消除焊瘤的金屬與螺柱被焊接在其上的基礎材料相交處的槽口；和(5)防止熔化的焊接金屬在焊接期間被排出。因而，對于克服了所有已知的現有技術套環的不足和缺陷的套環，存在著需求，特別是因為在套環技術方面已缺乏改進，因為最近的取得專利權的套環設計(’297專利中描述的涉及)也已超過了三十五(35)年。本申請中公開的特征的組合提供了這種套環。
【附圖說明】
[0014]通過參考以下結合附圖進行的說明，可以最好地理解本發