加固焊嘴的方法以及焊嘴的制作方法
【專利摘要】為了以簡單的方式延長焊嘴的壽命，通過以100m/s或更高的噴射速度將金屬粉末顆粒至少噴在由銅、銅合金或分散有陶瓷的銅中的任一材料形成的焊嘴1（11、12）的內周表面上以形成表面加固層2。所述金屬粉末顆粒的平均顆粒直徑為40μm至150μm并且硬度等于或大于焊嘴1（11、12）的材料的硬度。隨后，通過進一步以200m/s或更高的噴射速度將平均顆粒直徑為10μm至100μm的且其上形成有氧化錫膜的錫粉末噴到表面加固層2上，以在表面加固層2上形成半導體膜3。
【專利說明】加固焊嘴的方法以及焊嘴
【技術領域】
[0001]本發明涉及加固焊嘴的方法以及由所述方法加固的焊嘴。更具體而言，本發明涉及加固導電嘴和噴嘴的方法以及由該方法加固的焊嘴，所述導電嘴用于在電弧焊中通過焊條鋼絲形成配電點，所述噴嘴用于在等離子焊中圍繞電焊條外周的同時噴射等離子體(在本發明中導電嘴和噴嘴統稱為“焊嘴”)。
【背景技術】
[0002]由于要求較高的生產速度，作為在汽車制造業等的焊接線中使用的焊接方法，電阻焊(例如，點焊和縫焊)通常為主流焊接方法。
[0003]然而，由于近年來要求降低燃料消耗，需要改善焊接部位的強度以降低汽車等的重量。因此，就此而言，已經使用優于電阻焊的電弧焊和等離子焊。
[0004]此外，近年來的電力供給缺乏情況等已成為考慮轉向與電阻焊相比能耗更低的電弧焊和等離子焊的原因之一。
[0005]然而，電弧焊和等離子焊由于需要比電阻焊更長的工作時間而導致生產率較低。因此，為了采用這些焊接方法來代替電阻焊，需要改進焊接速度。
[0006]作為電弧焊的一個例子，現在描述MIG焊，MIG焊是一種使用電焊條作為填充金屬的消耗型焊接方法。如圖2所示，用于MIG焊的焊槍的前端部設置有氣體噴嘴4，通過該氣體噴嘴導入惰性氣體。此外，作為焊嘴的導電嘴I (11)同中心地設置在氣體噴嘴4中，作為填充金屬的電焊條5在接觸狀態下插入導電嘴11中，從而允許電流流至電焊條5。而且，在導電嘴11的外周和氣體噴嘴4的內周之間形成惰性氣體的通道。因此，通過工件W和插入導電嘴11中的電焊條5之間產生的電弧熱量熔化焊條5并饋送電焊條5來實施連續焊。
[0007]如圖3所示，用于等離子焊的焊槍的前端部設置有電焊條6 (例如，鎢條)、設置在電焊條6的外周的噴嘴12和覆蓋噴嘴12的外周的屏蔽環7。在電焊條6和噴嘴12之間產生的電弧(非轉移弧)或在電焊條6和工件W之間產生的電弧(轉移弧)使在電焊條6的外周和噴嘴12的內周之間引入的等離子氣體憑借電弧的熱量而膨脹，從而所述等離子氣體通過設置在噴嘴12的前端的噴孔121高速噴出。使保護氣體在噴嘴12的外周和屏蔽環7的內周之間流動，以控制等離子流的范圍。
[0008]如上所述設置的焊嘴I (11，12)由于其結構在高溫條件下與電焊條5的滑動接觸或與等離子的接觸而被磨損。此外，因為粘附物質通過噴濺等進行粘附會導致壽命較短，所以需要更換焊嘴。
[0009]具體而言，當使用如上所述的代替電阻焊的這些焊接方法提高生產速度時，經過較短的時間就需要更換焊嘴I (11，12)。
[0010]因此，通常的實踐是在焊接線上引入昂貴的機器人，以通過汽車生產等中的全自動化來提高生產率。然而，例如，更換焊嘴I (11，12)需要定期地且頻繁地(例如，每小時)關閉焊接線，并且需要手動更換工作。更換工作的這些要求是生產率顯著降低的原因。
[0011]此外，因為待更換的焊嘴I (11，12)需要具有高導電性，銅、銅合金(例如，鉻銅、分散有陶瓷的銅等等)被用作焊嘴I (11，12)的原料。這樣的焊嘴是昂貴的。如果更換頻率可以降低的話，那么可降低生產成本。
[0012]因為分散有陶瓷的銅與鉻銅相比具有非常好的耐磨性等，所以使用分散有陶瓷的銅可降低更換頻率。然而，分散有陶瓷的銅是鉻銅的1.2倍至2倍的花費并且無法獲得與價格差相應的效果。
[0013]因此，亟需相對簡單且低成本，并且顯著提高焊嘴的壽命。
[0014]為了提高這樣的焊嘴的耐磨性等等，本發明的發明人已經提出如下想法:以100m/s或更高的噴射速度將顆粒直徑為40 μ m至300 μ m的且硬度等于或高于噴嘴硬度的硬顆粒噴在由非鐵金屬制成的噴嘴的表面上，以使噴嘴表面附近的溫度升高至重結晶溫度或更高，從而在退火和重結晶過程中使噴嘴表面的金屬結構小型化，從而得到具有改善的導電性和改善的表面硬度的噴嘴(日本專利公開(LOPI)H8-150483(JP8-150483A))。
[0015]而且，與焊嘴相關加工技術無關，為了加固切割工具的滑動部件、金屬模具、齒輪、軸等的表面以實現改善的耐磨性和較高的表面硬度，本發明的發明人還提出如下想法:以
0.5MPa或更高的噴射壓強或者以200m/s或更高的噴射速度將平均顆粒直徑為10 μ m至100 μ m的、其表面上形成有氧化物膜的錫粉末噴在待加工的產品上，從而在待加工的產品表面上形成厚度為I μ m或更小的氧化錫膜(日本專利公開(LOPI) (JPA))。
[0016]如上所述，JP8-150483A已經公開了將具有一定顆粒直徑且硬度等于或高于噴嘴硬度的顆粒以一定的噴射速度噴在噴嘴表面，以增加表面硬度，從而改善噴嘴的耐磨性。
[0017]然而，通過上述JP8-150483A描述的加工方法獲得的焊嘴在硬度提高方面具有一定的穩定水平，并且僅通過JP8-150483A描述的加工方法獲得的焊嘴的壽命改善有限。
[0018]因此，期望通過進一步提高焊嘴的壽命來降低焊嘴的更換頻率，從而減小關閉焊接線的頻率以進一步提高生產率。
[0019]本發明是根據上述JP8-150483A的發明的延續并且目的在于通過相對簡單的方法以低成本提供一種持久的焊嘴，以滿足上述市場中對延長壽命的需求，本發明的焊嘴與通過根據上述JP8-150483A的方法加工的焊嘴相比，具有進一步改善的耐磨性和抗磨損性，從而滿足了上述市場中對延長壽命的需求。
[0020]如上述JPA所介紹的，本發明的發明人還提出了一種用于改善耐磨性的方法，在所述方法中，將具有一定平均顆粒直徑的、其上形成有氧化錫膜的錫粉末在一定噴射條件下噴在待加工的產品的滑動部位，以形成氧化錫膜，該氧化錫膜為滑動部位的表面的硬物質。
[0021]因此，當在根據JP8-150483A的方法進行表面加固之后通過根據JPA的方法進一步形成所述氧化錫膜時，可通過兩種發明的協同效應獲得進一步改善的表面硬度。
[0022]然而，通過上述JPA的方法在滑動部位的表面形成的膜的材料為氧化錫，即，“半導體”，其為在大約室溫(25°C )條件下對諸如作為焊嘴基體材料的銅之類的導電材料具有非常高的電阻的物質。
[0023]因此，當這種氧化錫膜形成在需要具有高導電性的部位(例如，焊嘴的內周表面)上時，可使所需的特性喪失。因此，根據上述JPA的發明具有阻止將氧化錫膜應用于需要具有導電性的部位(例如，焊嘴的內周表面)的理由(障礙因素)。
[0024]摻雜有銻的氧化錫(ATO)(其中添加了諸如銻之類的摻雜物的氧化錫)是表現出良好導電性的物質，例如用作顯示面板的透明電極。因此，當企圖在焊嘴的內周表面涂覆氧化錫而不損害導電性時，還可通過摻雜有銻的氧化錫形成膜。
[0025]然而，如果使用昂貴的摻雜有銻的氧化錫形成膜，那么得到的焊嘴也很昂貴，使其在市場上失去價格競爭力。而且，由于銻是一種對環境造成很大負擔的物質，因此，如果可能的話，優選地是限制銻的使用。
[0026]鑒于上述觀點，本發明的發明人試圖在向焊嘴的內周表面噴射硬顆粒之后形成不添加雜質的氧化錫膜，盡管這與上述原因(障礙因素)相反。
[0027]結果，即使一旦表面硬度通過噴射硬顆粒而增加且隨后形成氧化錫膜，表面硬度也不再增加。因此，不能獲得預期的作為上述兩個發明的結合的協同效應的改善的機械特性，例如進一步增加表面硬度。
[0028]另一方面，雖然不知道原因，但是如此加工的焊嘴的內周表面通過形成沒有摻雜(添加雜質)的半導體膜具有所需的導電性，并且所述內周表面足以耐受用作焊嘴。而且，如此加工的焊嘴產生的磨損較少，雖然沒有獲得諸如提高硬度之類的改善的機械特性。此外，顯著減低了焊接缺陷的產生，這提供了從上述常規技術的結合中無法預見的增強特性。

【發明內容】

[0029]結合優選的實施方式的詳細描述中使用的附圖標記，下面對解決上述問題的方法進行描述。附圖標記意在澄清權利要求的描述和用于實施本發明的優選實施方式的描述之間的關系，并且不必說明，附圖標記并不是以限定的方式用于理解本發明的技術范圍。
[0030]如上所述，本發明是鑒于意料不到的效果所作出的，這樣，上述兩種方法的結合允許形成半導體膜而不損失導電性并且改善耐磨性等，盡管沒有觀察到硬度提高。
[0031]本發明的一種用于加固焊嘴I (11，12)的方法包括以下步驟:
[0032]通過以100m/s或更高的噴射速度將金屬粉末顆粒至少噴在由銅、銅合金或分散有陶瓷的銅中的任一材料形成的焊嘴1(11，12)的內周表面上形成表面加固層2，所述金屬粉末顆粒的平均顆粒直徑為40μπι至150μπι并且硬度等于或高于焊嘴I (11，12)的材料的硬度；以及
[0033]通過進一步地以200m/s或更高的噴射速度將平均顆粒直徑為10 μ m至100 μ m的、其上形成有氧化錫膜的錫粉末噴至在所述形成表面加固層的步驟中形成的表面加固層2上，以在表面加固層2上形成氧化錫半導體膜3。
[0034]在用于加固焊嘴的方法中，待加工的焊嘴I可為設置在用于惰性氣體電弧焊或CO2氣體電弧焊的焊槍的前端的導電嘴11。
[0035]而且，在用于加固焊嘴的方法中，待加工的焊嘴I可為設置在用于等離子焊的焊槍的前端的噴嘴12。
[0036]在上述形成表面加固層的步驟中，可形成被給予成分加固、高硬度和壓應力的表面加固層2，并且所述成分加固歸因于金屬粉末顆粒的成分擴散并滲透進入所述內周表面，所述高硬度歸因于所述內周表面的表面附近的金屬結構的小型化，以及伴隨塑性形變的所述壓應力歸因于金屬粉末顆粒的碰撞。[0037]本發明的焊嘴I (11，12)包括:
[0038]表面加固層2，該表面加固層2是通過以100m/S或更高的噴射速度將金屬粉末顆粒至少噴在由銅、銅合金或分散有陶瓷的銅中的任一材料形成的焊嘴I (11，12)的內周表面上而形成，所述金屬粉末顆粒的平均顆粒直徑為40 μ m至150 μ m且硬度等于或高于焊嘴
I(11，12)的材料的硬度；以及
[0039]在表面加固層2上形成的氧化錫半導體膜3，該氧化錫半導體膜3是通過以200m/s或更高的噴射速度將平均顆粒直徑為10 μ m至100 μ m、其上形成有氧化錫膜的錫粉末噴至表面加固層2上而形成。
[0040]焊嘴I可為具有與焊條的外周表面滑動接觸的內周表面并且設置在用于電弧焊的焊槍的前端的導電嘴11。而且，焊嘴I可為具有界定用于導入等離子氣體的空間的內周表面并且設置在用于等離子焊的焊槍的前端的噴嘴12。
[0041]金屬粉末顆粒的成分擴散并滲透進入表面加固層2并且表面加固層2具有小型化的金屬結構和壓應力。
[0042]本發明上述結構使具有通過本發明的方法加固的表面的焊嘴具有下述突出效果。
[0043]通過上述方法在內周表面上形成表面加固層2和由氧化錫構成的半導體膜3使焊嘴壽命比未加工的焊嘴的壽命長7至8倍，比僅僅具有在其上形成表面加固層的常規焊嘴的壽命長2至3.5倍。
[0044]因為如上所述在焊嘴的內周表面上形成膜的氧化錫為半導體，所以，預見到，對于具有通過本發明的方法在內周表面上形成的由氧化錫構成的半導體膜3的焊嘴I而言，內周表面導電性能降低可引起電弧焊的導電嘴內電焊條的配電問題，以及在等離子焊的噴嘴中等離子產生等的問題，從而導致焊接缺陷或在一些情況下使焊接本身不能進行。然而，當通過本發明的方法在表面加固層2上形成氧化錫半導體膜3時，觀察到焊嘴I表現出意想不到的性能，例如，良好的導電性，甚至無需任何摻雜，雖然原理還不清楚。
[0045]進一步，在普通銅焊嘴中，當在焊接過程中由于加熱而溫度上升時，電阻隨溫度的升高成比例地增加。這加速了焊嘴的磨損并且導致焊接缺陷頻繁產生。然而，在具有通過本發明的方法加固的表面的焊嘴中，焊嘴溫度升高反而使內周表面的電阻降低，這產生如下效果:焊接缺陷的產生顯著降低，并且磨損速度沒有加快。
[0046]簡言之，因為導帶中電荷載流子密度越大使諸如氧化錫之類的半導體中的電阻越小，所以，通常通過增加摻雜物原子向導帶提供自由電子或在價帶中產生空穴從而提高電荷載流子密度，由此，降低電阻(改善導電性)。在這樣的半導體中，認為不論摻雜物的量多少，由熱量激發的電荷載流子在高溫條件下占大部分，并且電阻隨溫度升高以指數形式降低，
[0047]而且，氧化錫具有HV1650kg/mm2的高硬度和1630°C的高熔點，這提供了熱阻。因此，即使當半導體膜3在高溫條件下與電焊條等滑動接觸時，也很難造成半導體膜3的剝離
坐寸ο
[0048]如圖4所示，當作為半導體的氧化錫的溫度在空氣中升高時，帶有負電荷且吸附在氧化錫表面的氧的量增加。進一步，吸附的氧捕獲氧化錫導電所需的電子以增加氧化錫表面上形成的電勢耗盡層，從而使勢壘提高以增加電阻。
[0049]然而，當本發明的焊嘴在非氧化環境下使用時，例如，當在引入諸如Ar之類的惰性氣體的條件下使用惰性氣體電弧焊的導電嘴時，當在引入二氧化碳等的條件下使用CO2氣體電弧焊的導電嘴時，以及當在引入諸如氬、氫、氮之類的等離子氣體的條件下使用等離子焊的噴嘴時，可防止電阻隨新的氧的負電荷吸附而增加，并且認為在這方面還可抑制導電性隨溫度的升高而降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]本發明的目的和優點通過結合附圖對下面優選實施方式的詳細描述而變得明顯。
[0051]圖1為圖示本發明的焊嘴的示意性橫截面圖；
[0052]圖2為圖示用于氣體保護電弧焊(MIG焊接)的焊槍的前端部的示意圖；
[0053]圖3為圖示用于等離子焊的焊槍的前端部的示意圖；以及
[0054]圖4為圖示電阻隨吸附至氧化錫膜的氧而增加的機理的示意圖。
【具體實施方式】
[0055]接下來，參考附圖對本發明的實施方式進行描述。
[0056]制造方法概要
[0057]本發明的用于加固焊嘴的方法包括:通過將硬度比焊嘴的基體材料高的金屬粉末顆粒至少噴在焊嘴的內周表面上以在焊嘴的內周表面附近形成表面加固層2的步驟，以及通過進一步將其上形成有氧化錫膜的錫粉末顆粒噴在表面加固層2上形成氧化錫半導體膜3的步驟。
[0058]待加工的對象
[0059]本發明中的待加工的焊嘴包括導電嘴11和噴嘴12，其中，導電嘴設置在如圖2所示的用于電弧焊的焊槍中且通過電焊條5形成配電點，噴嘴12設置在如圖3所示的用于等離子焊的焊槍中且覆蓋電焊條6的外周。
[0060]根據焊接類型的不同，電弧焊的導電嘴包括各種不同類型的導電嘴，例如，用于埋弧焊的導電嘴、用于惰性氣體電弧焊的導電嘴、和用于CO2氣體電弧焊的噴嘴，但是本發明的方法可適用于這些導電嘴中的任何一種。并且，在本發明的方法中，電焊條本身作為填充金屬的消耗式焊接(例如MIG焊)的導電嘴和幾乎不消耗電焊條本身的非消耗式焊接(例如TIG焊)的導電嘴均可用作待加工的對象。
[0061]因為用于電弧焊和等離子焊的焊嘴I (11，12)需要具有高導電性，所以，使用銅、銅合金和分散有陶瓷的銅作為材料，并且本發明可加工這些材料中的任何一種。
[0062]此外，鉻銅、鋯青銅等為常用于焊嘴的銅合金，并且本發明可適用于這些中的任何一種。而且，不限于這些，本發明還可適用于由其他銅合金制成的焊嘴。
[0063]加工設備
[0064]在根據本發明形成表面加固層的步驟和形成半導體膜的步驟中，可使用商業上可獲得的、應用于已知的噴砂處理和噴丸處理的空氣式噴砂設備。
[0065]作為空氣式噴砂設備，已經提供了各種類型的噴砂設備，例如，重力型(吸揚式)和直壓型。在本發明的加工方法中，任何噴砂設備只要能將噴射粉末可以一定的噴射速度通過壓縮氣體噴射，就可使用，并且只要使用空氣式噴砂設備，就不特別限定噴射類型。
[0066]形成表面加固層的步驟[0067]通過下述方式執行形成表面加固層的步驟:首先將硬度等于或大于焊嘴基體材料的金屬粉末顆粒至少噴在內周表面上，優選地噴在上述焊嘴的內周表面和外周表面上，從而在噴射位置處的焊嘴的表面附近形成表面加固層2。
[0068]用于噴射的金屬粉末顆粒的示例可包括高速鋼和鎢。除了這些之外，可使用各種類型的金屬粉末顆粒，只要所述金屬粉末顆粒由硬度等于或大于焊嘴的基體材料的金屬材料形成。
[0069]此外，通過高速噴射的金屬粉末顆粒與焊嘴的表面產生碰撞，金屬粉末顆粒的成分的一部分可擴散并滲透進入焊嘴的表面附近。因此，例如，為了加固和改善作為焊嘴基體材料的銅或銅合金，當其他成分擴散并滲透于其中時，待擴散和滲透的成分可被包括在金屬粉末顆粒中。
[0070]用于噴射的金屬粉末顆粒的平均顆粒直徑為40 μ m至150 μ m，并且以100m/s或更高的噴射速度噴射所述金屬粉末顆粒。
[0071]金屬粉末顆粒的直徑為40 μ m至150 μ m的原因為:需要較小的顆粒直徑以獲得較高的噴射速度，使加工表面的表面粗糙度均勻并且調節所述表面粗糙度以產生不使電阻增加的接觸表面。進一步，噴射速度為100m/S或更高的原因為:該噴射速度為在上述顆粒直徑下使具有高散熱的銅或銅合金的焊嘴的表面附近的溫度升高至所需溫度(例如，重結晶溫度或更高)所要求的條件。
[0072]在這種方式中，當將金屬粉末顆粒在上述條件下至少噴在焊嘴的內周表面時，通過焊嘴表面上的顆粒與顆粒的碰撞來重復進行加熱和冷卻，從而使碰撞部分的表面附近的結構小型化。同時，將壓應力施加在碰撞部分，該碰撞部分隨后被加固。
[0073]使金屬粉末顆粒中的成分的一部分擴散并滲透進碰撞部分的表面附近，從而在如圖1中放大圖所示的在焊嘴的表面附近形成表面加固層2。
[0074]與焊嘴的未加工的內周表面的表面相比，以這種方式形成的表面加固層2獲得了較高的導電性，這種較高的導電性歸因于結構小型化。
[0075]形成半導體膜的步驟
[0076]通過下述方式執行形成半導體膜的步驟:進一步將錫粉末噴在由上述步驟形成的表面加固層2上，從而形成氧化錫的半導體膜3。
[0077]作為待噴射的錫粉末，使用表面上形成有氧化錫膜的錫粉末，并且將該氧化錫粘附、擴散和滲透至焊嘴的內周表面以形成上述半導體膜3。
[0078]覆蓋有這樣的氧化物膜的錫粉末可通過例如使用水霧法制造錫粉末而獲得。在這種水霧法中，熔融的錫與高壓水的碰撞使熔融的錫瞬間粉末化和快速固化，從而獲得粉末。在由此方法獲得的錫粉末中，其表面通過與水碰撞進行淬火而被氧化，這產生具有覆蓋有氧化物膜的表面的錫粉末。
[0079]待使用的錫粉末的平均顆粒直徑為10 μ m至100 μ m，優選地為20 μ m至50 μ m。為
了通過與錫粉末碰撞在待加工產品的表面上形成膜，需要在碰撞時通過加熱使錫粉末溫度升高，并且該溫度隨錫粉末的碰撞速度成比例地升高。
[0080]顆粒直徑在上述范圍內的錫粉末易于通過由噴射時使用的壓縮氣體產生的空氣流運送，并且可使噴射粉末與待加工產品的表面高速碰撞，從而合適地形成氧化錫膜。
[0081]待使用的噴射粉末的每個顆粒的形狀可為球形、多邊形或者還可以為這些形狀的混合，并且顆粒的形狀不受特別限制。
[0082]錫粉末以200m/s或更高的噴射速度噴射。錫粉末與待加工產品表面碰撞時產生的溫度增高與速度成比例，并且需要錫粉末以高速噴射，從而使錫粉末合適地熔融并粘附于待加工產品的表面。
[0083]具體而言，在本發明的方法中使用的錫粉末具有在其表面上形成的氧化物膜。而且，該氧化物膜(氧化錫)具有比錫(未氧化的)更高的熔點，因此，需要以上述高噴射壓力和高噴射速度噴射錫粉末。
[0084]如上所述，表面上形成有氧化物膜且平均顆粒直徑為10 μ m至100 μ m,優選地為20 μ m至50 μ m的錫粉末以200m/秒或更高的相對高的速度噴射并且使所述錫粉末與焊嘴的內周表面碰撞。隨后，噴射的錫粉末與焊嘴的內周表面碰撞，并且當噴射的錫粉末被彈回時，噴射的錫粉末的一部分熔融并粘附于或者擴散/滲透進入所述內周表面并且覆蓋所述內周表面，以形成氧化錫膜。
[0085]當以上述高噴射壓力或噴射速度將錫粉末高速噴在焊嘴的內周表面上時，通過與待加工產品表面碰撞前后的速度變化在錫粉末中產生熱量。因為該熱量僅僅在錫粉末碰撞變形的部分中產生，所以在錫粉末中以及焊嘴的內周表面附近局部溫度升高，其中，所述錫粉末與所述焊嘴的內周表面附近碰撞。
[0086]因為溫度隨碰撞之前錫粉末的速度成比例地升高，所以噴射錫粉末的較高的噴射速度使錫粉末的溫度和焊嘴的內周表面的溫度升高至較高溫度。這時，錫粉末在焊嘴的內周表面處被加熱，由此，這種升高的溫度使錫粉末的溫度升高的部分被氧化。同時，認為噴射粉末的一部分(包括錫粉末的表面上形成的氧化物膜)通過所述升高的溫度熔融并且粘附于、擴散并滲透進入焊嘴的內周表面上形成的表面加固層，或者覆蓋焊嘴的內周表面上形成的表面加固層，從而形成半導體膜3。
[0087]作為金屬的錫為軟金屬，其維氏硬度為約5kg/mm2。作為錫的氧化物的氧化錫為高硬度的物質，例如，最大維氏硬度為約1650kg/mm2。以這種方式形成的氧化錫膜的硬度足以形成一種比得上諸如氧化錯(約HV1100kg/mm2)、氧化招(約HV1800kg/mm2)、碳化娃(約HV2200kg/mm2)和氮化鋁(約HV1000kg/mm2)之類的陶瓷那樣不易磨損的膜。
[0088]進一步，以這種方式形成的氧化錫膜不易由于電焊條等的滑動導致剝落等等。
[0089]而且，錫具有232°C的低熔點，但是氧化錫具有1630°C的高熔點。因此，即使在用于焊嘴時，焊嘴具有足以經受焊接期間加熱的熱特性。
[0090]未摻雜的氧化錫為具有高電阻的半導體，但是在通過上述方法在表面加固層2上形成氧化錫半導體膜3之后，焊嘴的內周表面表現出良好的導電性，盡管原理等等未知。
[0091]此外，在未根據本發明加工的焊嘴中，電阻隨溫度升高而增加，并且這樣增加的電阻使得對電焊條的電力供應不足或者導致電力消耗增加。同時，增加的電阻還產生熱量，并且在這種狀態下焊嘴與電焊條的滑動接觸導致磨損速度較高和壽命較短。這還導致基于電力供應缺乏或接觸不良的焊接缺陷。在焊嘴的內周表面(在該表面上通過根據本發明的方法的表面加固加工形成半導體膜)中，半導體膜3的電阻隨焊嘴溫度的升高而降低。因此，在不存在基于電阻增加等的電力供應減少、電力消耗增加、溫度進一步升高的條件下，甚至當焊嘴的溫度在焊接期間加熱而升高時，都維持良好的導電性。因此，焊嘴也幾乎不通過與電焊條或等離子接觸而磨損，并且幾乎不產生焊接缺陷。[0092]效果等等
[0093]如上所述，在通過本發明的方法加固的焊嘴中，通過噴射硬度等于或高于焊嘴的基體材料的顆粒形成高硬度的表面加固層2，并且進一步地在表面加固層2上形成具有熱變電阻和高硬度的半導體膜3，由此，不僅沒有觀察到由半導體膜3的形成而預期的導電性降低，而且即使在焊嘴被加熱至較高溫度時，也表現出良好的導電性，未增加電阻。
[0094]因此，在經過本發明的表面加固加工的焊嘴中，即使將上述兩種加工結合也沒有使表面硬度增加，但是通過上述兩種加工無法預見的電學特性的表現使焊嘴的壽命比未加工的焊嘴的壽命長7至8倍，比僅在其上形成有表面加固層2的焊嘴的壽命長2倍至3.5倍，并且同時，顯著降低了焊接缺陷的產生。
[0095]對焊嘴進行的加固加工的實施例描述如下。下面示出了對焊嘴(對所述焊嘴實施各種加工)的特性的評估結果。
[0096]實施例1
[0097]在如下條件下對用于電弧焊的導電嘴(由鉻銅制成，Φ 1.2_)實施本發明的加固方法。
[0098](I)表面加固加工
[0099]在下述條件下，將金屬粉末分別噴在導電嘴的內周表面和外表面。
[0100]表1
[0101]在用于電弧焊的導電嘴上 形成表面加固層的條件
[0102]
_外表面_內周表面_
噴砂設備重力型DP-1 (由Ft|ji ManufkturingCb.,Ltd舍丄造)
_t壓鉛筆型_
[0103]
材料_高速鋼_高速鋼_
噴射粉末顆粒直徑#150 (平均85 um)_#300 (平均55 um)_
形狀_____
_制造方法_氣霧法_氣霧法_
壓強_0.6 MPa_0.5 MPa_
速度_約 150 m/s_約 230 m/s_
噴射條件噴嘴直徑_φ 9 mm (長)_Φ I mm_
f身tf巨離_100mm_j巨離末端開口 10 mm_
_噴射時間約10秒_約15秒_
[0104](2)形成半導體膜的步驟
[0105]在上述條件下完成表面加固加工之后，在下述條件下，將錫粉末分別噴到導電嘴的內周表面和外表面。[0106]表2
[0107]在用于電弧焊的導電嘴上形成半導體膜的條件
[0108]
【權利要求】
1.一種用于加固焊嘴的方法，所述方法包括下述步驟: 通過以lOOm/s或更高的噴射速度將金屬粉末顆粒至少噴在焊嘴的內周表面上，形成表面加固層，所述焊嘴由銅、銅合金或分散有陶瓷的銅中的任一材料形成，所述金屬粉末顆粒的平均顆粒直徑為40 μ m至150 μ m并且硬度等于或高于所述焊嘴的材料的硬度；以及 通過進一步以200m/s或更高的噴射速度將平均顆粒直徑為10 μ m至100 μ m并且其上形成有氧化錫膜的錫粉末噴至在所述形成表面加固層的步驟中形成的表面加固層上，以在所述表面加固層上形成氧化錫的半導體膜。
2.根據權利要求1所述的加固焊嘴的方法，其中，所述焊嘴為設置在用于惰性氣體電弧焊或CO2氣體電弧焊的焊槍的前端的導電嘴。
3.根據權利要求1所述的加固焊嘴的方法，其中，所述焊嘴為設置在用于等離子焊的焊槍的前端的噴嘴。
4.根據權利要求1至3任一項所述的加固焊嘴的方法，其中，在所述形成表面加固層的步驟中，形成被給予成分加固、高硬度和壓應力的表面加固層，所述成分加固歸因于金屬粉末顆粒的成分擴散并滲透進入所述內周表面，所述高硬度歸因于所述內周表面的表面附近的金屬結構的小型化，以及伴隨塑性形變的所述壓應力歸因于金屬粉末顆粒的碰撞。
5.一種焊嘴，所述焊嘴包括: 表面加固層，所述表面加固層是通過以100m/S或更高的噴射速度將金屬粉末顆粒至少噴在焊嘴的內周表面上而形成，所述焊嘴由銅、銅合金或分散有陶瓷的銅中的任一材料形成，所述金屬粉末顆粒的平均顆粒直徑為40 μ m至150 μ m并且硬度等于或高于所述焊嘴的材料的硬度；以及 在所述表面加固層上形成的氧化錫半導體膜，所述氧化錫半導體膜是通過以200m/s或更高的噴射速度將平均顆粒直徑為10 μ m至100 μ m且其上形成有氧化錫膜的錫粉末噴在所述表面加固層上而形成。
6.根據權利要求5所述的焊嘴，其中，所述焊嘴為具有與焊條的外周表面滑動接觸的內周表面并且設置在用于電弧焊的焊槍的前端的導電嘴。
7.根據權利要求5所述的焊嘴，其中，所述焊嘴為具有界定用于導入等離子氣體的空間的內周表面并且設置在用于等離子焊的焊槍的前端的噴嘴。
8.根據權利要求5至7任一項所述的焊嘴，其中，所述金屬粉末顆粒的成分擴散并滲透進入所述表面加固層，并且所述表面加固層具有小型化的金屬結構和壓應力。
【文檔編號】B23K10/00GK103567615SQ201310146216
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年4月24日 優先權日:2012年7月23日
【發明者】宮坂四志男 申請人:株式會社不二機販