Электрододержатель
ELECTRODE HOLDER

Изобретение относится к устройствам, используемым в качестве инструмента для ручной электродуговой сварки плавящимся электродом.
Известны электрододержатели винтового типа для ручной дуговой сварки. Недостатком этих устройств является низкая надёжность крепления электрода, недостаточные: эргономичность, надёжность и долговечность.
Задача изобретения – устранение  вышеуказанных недостатков.
На фиг. 1 изображён электрододержатель для ручной дуговой сварки винтового типа (далее – электрододержатель), состоящий из цилиндрического корпуса 1, изготовленного из прочного диэлектрического материала. В корпус ввинчен по резьбе цилиндрический токоподвод 4, изготовленный из латуни, положение которого после установки зафиксировано гайкой 10 и штифтом 8. Электродная головка 3, изготовленная из латуни, закреплена неподвижно в цилиндрическом диэлектрическом термостойким удлинённом наконечнике 2 и навинчена на токоподвод 4. Электрический ток от сварочного кабеля 12 подводится к токоподводу 4 через его заднюю коническую поверхность. Электрический контакт обеспечивается давлением диэлектрической резьбовой втулки 7 из прочного материала через нажимное металлическое кольцо 6 с внутренним конусом на оголённый конец медной жилы сварочного кабеля. Жила сварочного кабеля с предварительно равномерно распределёнными по окружности конуса медными проводниками прижимается к коническому торцу токоподвода 4 с наружным конусом. Рукоятка электрододержателя состоит из двух частей. На участках L1 корпуса 1 и L2 наконечника 2, составляющие рукоятку и охватываемые руками сварщика, нанесены рифления или предусмотрены другие меры, исключающие проскальзывание руки в рукавице или перчатке по поверхностям составной рукоятки. Закрепление сварочного электрода в электродной головке 3 осуществляется двумя руками сварщика поворотом по резьбе корпуса 1 относительно наконечника 2 вокруг оси электрододержателя. Три фрикционных пружины 9 создают небольшой момент трения между корпусом 1 и наконечником 2 во время замены сварочных электродов 11.
Для повышения надёжности крепления сварочного электрода 11 в конструкции применён токоподвод 4 с установленным в торец упором 5 изготовленным из закалённой стали или другого прочного твёрдого материала, не обязательно электропроводного твёрдостью не ниже 60 HRCэ. При закреплении сварочного электрода упор 5 нажимает на его контактную оголённую часть и прижимает сварочный электрод к электродной головке 3. Упор 5 из твёрдого материала не деформируется и не изнашивается, как в аналогичных существующих конструкциях, в которых применены упоры из мягких электропроводных материалов. Упор работает долго и надёжно.  Наиболее подходящим готовым изделием в качестве упора можно использовать стандартный стальной ролик, применяемый в подшипниках качения. Электрический ток в этом случае проходит по пути наименьшего сопротивления через токоподвод 4, резьбовое соединение, электродную головку 3 и сварочный электрод 11. Резьбовое соединение покрыто электропроводной смазкой. На фиг. 2 изображён вид по стрелке А (фиг.1). Размер  L4 резьбовой диэлектрической втулки 7 выполнен под гаечный ключ.
Для повышения надёжности крепления сварочного электрода 11 рукоятка электрододержателя конструктивно разделена на две части. Одну менее длинную часть рукоятки составляет поверхность корпуса 1, в котором закреплён токоподвод 4 и сварочный кабель 12, другую более длинную часть рукоятки составляет часть поверхности удлинённого наконечника 2, в котором неподвижно установлена электродная головка 3. Закрепление сварочного электрода в электродной головке осуществляется двумя руками сварщика поворотом по резьбе двух частей рукоятки относительно друг друга вокруг оси электрододержателя. После установки и закрепления сварочного электрода сварщик охватывает одной рукой одновременно две части рукоятки, соединяя в одно целое наконечник 2 с корпусом 1, предотвращая отвинчивание наконечника от корпуса во время сварки. Рука сварщика выполняет роль муфты, соединяющей две части электрододержателя и препятствует ослаблению резьбового соединения электродная головка – токоподвод. В общем случае, после закрепления сварочного электрода в электродной головке длина рукоятки электрододержателя равна L=L1+L2+L3 (фиг. 1), где L1 – длина части рукоятки, принадлежащая корпусу 1; L2 – длина части рукоятки, принадлежащая наконечнику 2; L3 – промежуток между двумя частями рукоятки. Длина промежутка переменная. Она зависит от диаметра устанавливаемого сварочного электрода и несколько меньше его диаметра. Во всех ранее известных конструкциях электрододержателей винтового типа рукоятка цельная (монолитная). При монолитной рукоятке электродная головка 3 и, соответственно, сварочный электрод 11, фиксируется только натягом в резьбовом соединении. В процессе сварки вследствие ударов конца сварочного электрода о свариваемые детали при поджиге электрической дуги, а также при случайном залипании электрода на свариваемых деталях возникает необходимость манипуляции электрододержателем из стороны в сторону с целью освободиться от залипания. Натяг в резьбовом соединении электродной головки 3 с токоподводом 4 ослабевает из-за возможности электродной головки вращаться относительно токоподвода. Ослабляется электрический контакт электрода с электродной головкой. Происходит подгорание контактной площадки. Электрод может выпасть из отверстия электродной головки.
С целью повышения удобства при замене сварочных электродов вращение наконечника 2 с головкой 3 относительно корпуса 1 выполнено с подтормаживанием. Это сделано для того, чтобы исключить нежелательное воздействие на корпус 1 электрододержателя вращающего момента от сил упругой деформации сварочного кабеля при его скручивании во время работы, придать конструкции большую монолитность и обеспечить одинаковый момент трения между двумя частями рукоятки на протяжении всего срока службы электрододержателя. При удержании рукой за наконечник 2 электрододержателя корпус 1 может легко поворачиваться относительно наконечника. Фрикционный момент создаётся тремя пружинами 9 (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5), изготовленными из листовой бронзы или латуни, применяемых для изготовления пружин, согнутых в виде дуг окружностей. На фиг. 3 изображено сечение Б-Б (фиг.1), где показаны три установленных фрикционных пружины 9. Зазор L7 между пружинами после их установки составляет 0,5...1 мм. Пружины при работе могут смещаться друг относительно друга и зазор между ними может быть разным. Суммарный зазор 1,5...3,0 мм остаётся постоянным. На фиг. 4 изображена фрикционная пружина 9 в виде отдельной детали. На фиг. 5 изображён вид фрикционной пружины по стрелке Ж (фиг. 4). Для большей наглядности на фиг. 6 изображены фрикционные пружины 9 в ненапряжённом состоянии без наконечника 2 (фиг. 3). Пружины укладываются в кольцевую проточку корпуса радиусом R1. Длина проточки равна длине пружин. Радиус кривизны пружин R несколько меньше радиуса проточки R1 (фиг. 6). Длина L6 (фиг. 5) и толщина S (фиг.4) пружины подбираются из условия требующейся жёсткости. Перед установкой наконечника 2 пружины 9 необходимо предварительно поджать пальцами рук к корпусу 1. L8 – величина деформации пружины после установки наконечника 2 (фиг. 6). В известных существующих конструкциях винтовых электрододержателей специальных фрикционных пружин нет.
С целью повышения удобства при работе сварочный электрод 11 всегда первоначально устанавливается в отверстие электродной головки, расположенное под углом α равным 93...94º к оси электрододержателя (фиг. 1). При необходимости установленный и закреплённый в электрододержателе сварочный электрод можно согнуть рукой под любым углом α до 180º. При этом сварочный электрод остаётся надёжно закреплённым  в электрододержателе из-за применения упора 5 из твёрдого прочного материала и разделённой на две части рукоятки. В существующих конструкциях электрод устанавливается под углом 90º. Дополнительно могут быть предусмотрены ещё несколько установок под разными углами, но не менее одной под углом 115º к оси электрододержателя (ГОСТ 14651-78. Электрододержатели для ручной дуговой сварки. Технические условия).
С целью исключения отказов при работе электрододержателя из-за попадания различного мусора и обмазки сварочных электродов через отверстие в электродной головке в резьбовое соединение электродная головка 3 – токоподвод 4 перед резьбовым соединением со стороны отверстия для установки сварочных электродов предусмотрено гладкое цилиндрическое соединение электродная головка – токоподвод с минимально допустимым диаметральным зазором равным 0,1...0,2 мм и острой кольцевой наружной кромкой на переднем торце токоподвода (фиг.1, место И). d – диаметр, по которому сопрягаются электродная головка 3 и токоподвод 4.
С целью исключения отказов при работе электрододержателя из-за попадания различного мусора через цилиндрическое соединение, где корпус 1 входит в наконечник 2, это соединение выполняется с минимальным диаметральным зазором или без зазора и острой кольцевой внутренней кромкой на торце наконечника 2 (фиг. 1, место К). Такое соединение не позволяет проникать внутрь электрододержателя песку, пыли и другому мусору, что позволяет значительно повысить срок службы и надёжность устройства. D2 – диаметр, по которому сопрягаются корпус 1 и наконечник 2. Диаметр  D3 на 0,5 мм меньше диаметра  D2.
На фиг. 8 изображён вид электрододержателя по стрелке В (фиг. 1). Для удобства в качестве ориентира при установке и закреплении сварочных электродов 11 различного диаметра на цилиндрической части корпуса 1, входящей внутрь наконечника 2, нанесена кольцевая полоска 13 яркого цвета или выполнена неглубокая проточка шириной   L5 равной 1 мм. Перед установкой сварочного электрода вращением наконечника 2 относительно корпуса 1 вокруг оси электрододержателя необходимо совместить в осевом направлении торец Е наконечника 2 с определённым положением кольцевой полоски (проточки) 13 (её началом – плоскость Г, концом – плоскость Д или серединой). Например, электрододержатель рассчитан на работу сварочными электродами диаметром до трёх мм. Перед установкой сварочного электрода диаметром 3 мм необходимо совместить торец Е наконечника 2 с плоскостью Г кольцевой полоски (проточки) 13. Перед установкой сварочного электрода диаметром 2 мм необходимо совместить торец Е наконечника с плоскостью Д кольцевой полоски (проточки) 13. Перед установкой сварочного электрода диаметром 2,5 мм необходимо совместить торец Е наконечника 2 с серединой кольцевой полоски (проточки) 13. После установки сварочного электрода в электродную головку потребуется выполнить минимальный поворот (1/4...1/6 оборота) корпуса 1 относительно наконечника 2, чтобы закрепить сварочный электрод в электродной головке. В известных существующих конструкциях винтовых электрододержателей индикатора предварительной установки электродов нет.
С целью повышения надёжности и долговечности электрододержателя наконечник 2 изготовлен из фторопласта Ф-4, цветного фторопласта Ф-4 или композиционных материалов на основе фторопласта Ф-4 с хорошими диэлектрическими свойствами. Указанные материалы обладают всеми свойствами, которые позволяют применить их для изготовления наконечников в данной конструкции. Они термостойки, пластичны, работают в узлах трения без смазки, практически не стареют, не трескаются, устойчивы к воздействию ультрафиолетовых лучей. На их поверхность можно легко наносить качественное рифление методом накатки. Внутреннее отверстие в наконечнике 2 под электродную головку 3 выполнено цилиндрическим. Наружная цилиндрическая поверхность электродной головки 3 выполнена рифлёной в продольном направлении в виде треугольных выступов. На фиг. 7 показано поперечное сечение электродной головки. Диаметр внутреннего отверстия D1 наконечника 2 несколько меньше наружного диаметра вершин выступов D электродной головки 3 (фиг. 1). После запрессовки электродной головки в наконечник образуется неразъёмное шлицевое соединение.
Для быстрой подтяжки электрического контактного соединения сварочного кабеля 12 с токоподводом 4, подсоединения и отсоединения сварочного кабеля без разборки электрододержателя элементы соединения вынесены наружу. Резьбовая втулка 7 из прочного диэлектрического материала, установленная с торца, давит вдоль оси электрододержателя через металлическое кольцо 6 с внутренним конусом на оголённый конец жилы сварочного кабеля, проходящего внутри втулки и кольца, прижимая конец жилы к торцу токоподвода с наружным конусом.
Вышеописанный электрододержатель был изготовлен в нескольких экземплярах, прошёл испытания у профессиональных электросварщиков, получил положительные отзывы и хорошо себя зарекомендовал с различных сторон. По отзыву профессионалов это лучший электрододержатель для ручной дуговой сварки из всех существующих в настоящее время выпускаемых промышленно и изготавливаемых самодельно. В сочетании с простотой конструкции он удобен в работе, безупречно держит сварочный электрод, не греется, надёжен, долговечен.  Фотографии одного из них прилагаются. На фиг. 9 изображена фотография вышеописанного электрододержателя. На фиг. 10 изображена фотография электрододержателя в разобранном виде.