CN102123815A - 电弧焊接用焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电弧焊接用焊枪(10)，其含有焊枪体(16)，设置在所述焊枪体轴中心部的电极(18)，固定所述电极的电极夹(20)，围绕所述电极夹(20)的电极夹体(22)，以及设置在所述焊枪体(16)顶端部且穿插所述电极的焊枪喷嘴(24)，在所述焊枪喷嘴(24)的内周面(32)安装导电性构件(34)。导电性构件(34)由金属网格或金属板制成。

Description

电弧焊接用焊枪

技术领域

本发明涉及一种能够在电弧焊接开始时尽可能防止失火的电弧焊接用焊枪，特别是用于TIG焊接的电弧焊接用焊枪。

背景技术

众所周知，以往在电弧焊接时，若空气与熔融金属接触，则大气中的氮会熔入该金属中，并且在该熔融金属凝固时，所熔入的氮会一下全部析出并形成气泡，该熔融金属在此状态下凝固，形成气孔状态。因此，在电弧焊接开始时会使用保护气体，一般为氩气，当电极与工件周围形成氩气环境后，再在该氩气环境内实施电弧焊接。作为该电弧焊接的一种，可列举TIG焊接。TIG焊接方法是在被焊接物与钨电极之间产生电弧，利用其热量进行焊接。此时，会在焊接时喷射由氩构成的保护气体，阻断大气，防止被焊接物变色氧化。由于利用该TIG焊接可在非接触状态下飞出电弧，因此即使被焊接物与电极的位置出现一些偏移也可进行焊接，尤其可有效进行端子状焊接。

日本专利实开昭58-76388号公报公开了一种为防止电弧焊接时溅射堆积在焊枪喷嘴顶端部，在焊枪喷嘴顶端内周面形成陶瓷层的技术思想。此外，日本专利特开2003-290930号公报公开了一种为避免出现焊接质量因气孔等发生降低，在保护气体喷出口周围设置过滤器的技术思想，该过滤器由具有绝缘性和耐热性的纤维质材料形成。日本专利特开2005-224849号公报公开了一种鉴于电浆焊接时若导电性喷嘴与被焊接构件接触，该电浆喷嘴与电极之间将产生电弧，从而在电浆喷嘴顶端安装导向构件，避免电浆喷嘴与被焊接构件接触的技术思想。

发明内容

但是，连续性持续实施电弧焊接作业时，或有时因工件形状等原因，经常会发生将空气卷入氩气内的现象。其结果，将出现电弧失火、焊接作业被迫中断的问题。此外，电弧失火时，会在焊接电极侧加大施加电压，尝试再次产生初始电弧。而且，此时如果初始电弧产生失败，则会逐渐提高施加电压。因此，存在当进一步增大电压并重复进行重新启动时，会对电弧焊接装置内置高电压产生电路造成过大负担，最终导致所述高电压产生电路出现故障的担忧。而且，存在如上所述设置高电压产生电路本身及整个装置制造成本提高的问题。

本发明为解决上述问题而开发完成，其目的在于提供一种电弧焊接用焊枪，其能够在电弧焊接时尽可能地防止失火，以简单的构造连续产生电弧，并可降低整个焊接装置的制造成本。

为达成上述目的，本发明电弧焊接用焊枪的特征在于，含有焊枪体、设置在所述焊枪体轴中心部的电极、固定所述电极的电极夹、围绕所述电极夹的电极夹体、以及设置在所述焊枪体顶端部且穿插所述电极的焊枪喷嘴，在所述焊枪喷嘴的内周面安装导电性构件。

此时，所述导电性构件也可围绕所述电极。

此外，自焊枪体侧往所述电极顶端方向，使焊枪喷嘴的剖面逐渐缩径，并将所述导电性构件安装在该缩径的该焊枪喷嘴内周面时，可获得该导电性构件稳定的安装效果。

进而，导电性构件也可以是金属网格或金属板。另外，本发明中，所述金属板包括板厚不足0.1mm者。所述导电性构件为该金属网格时，该金属网格也可由不锈钢(SUS)、铜、以及铜合金中的任一种金属制成。所述导电性构件为该金属板时，该金属板也可由铜、铜合金、铝中的任一种金属制成。

此外，若将本发明的电弧焊接用焊枪用于TIG焊接，可抑制电弧失火，从而更加适宜。

由此，可防止电弧焊接时的失火。此外，由于可尽可能地避免产生电弧时失火，所以无需重复施加产生初始电弧所需的规定电压，能够提高焊接的生产效率。进而，由于能够抑制初始电弧电压，所以无需高电压产生电路，或者即使有也可减小对该高电压产生电路的负荷，从而延长整个焊接装置的寿命。

附图说明

图1是本发明第1实施例的电弧焊接用焊枪的重要部位剖面说明图。

图2是使用图1所示电弧焊接用焊枪实施电弧焊接的状态说明图。

图3是对应电弧焊接用焊枪中有无金属网格的初始电弧电压波形图。

图4是本发明第2实施例的电弧焊接用焊枪的重要部位剖面说明图。

图5是显示在实例1中使用电弧焊接用焊枪实施电弧焊接的状态下，氩气与电弧电流关系的图表。

图6是实例2的实验装置的重要部位方块图。

图7是显示实例2中电弧电流对应时间变化的图表。

图8是使用具有导电性构件的电弧焊接用焊枪重复实施电弧放电时，显示放电次数及有无失火的实验结果；以及使用不具有导电性构件的电弧焊接用焊枪重复实施电弧放电时，显示放电次数及有无失火的实验结果。

图中：10、100、206…焊接焊枪；16、214…焊枪体；18、216…电极；24、218…焊枪喷嘴；28…气体导出孔；32…内周面；34、134、220…导电性构件；44…电弧形成空间

具体实施方式

以下，列举本发明电弧焊接用焊枪的适当实施例，参照附图进行详细说明。

(第1实施例)

首先，关于本发明第1实施例的电弧焊接用焊枪，使用图1～图3加以说明。如图1所示，焊接焊枪10具有焊枪体16，所述焊枪体16具有设置在轴中心部的电极18和电极夹20。所述电极夹20由电极夹体22围绕，所述电极夹体22与焊枪喷嘴24螺合。

所述电极18由电极夹20固定，其顶端部如下所示，自焊枪喷嘴24露出一部分在外。

所述电极夹体22上形成多个气体导出孔28，其将保护气体(本实施例中为氩气)导出到形成在电极18与焊枪喷嘴24之间的空间部26。焊枪喷嘴24优选氧化铝材质。

所述焊枪喷嘴24的焊枪体16侧为大径基部侧，往所述电极18的顶端侧方向，经过小坡度的肩部在顶端部分形成为小径圆筒状，即其形状为顶端部分的外径逐渐缩小。该焊枪喷嘴24的顶端中央部形成同径且以规定距离延伸的开口部30，在所述开口部30中穿插电极18，并且其顶端部自该开口部30突出。在该焊枪喷嘴24的内周面32，以围绕所述电极18基端部侧的方式旋绕安装导电性构件34，使其刚好适合焊枪喷嘴24逐渐缩小的所述肩部内部。

另外，导电性构件34也可安装在焊枪喷嘴24内周面32中肩部以外的位置。例如，也可通过肩部安装在电极18侧(即焊枪喷嘴的基部侧)的内周面32直径大致固定的位置。如此，与安装在焊枪喷嘴24直径逐渐缩小的肩部相比，更易安装导电性构件34。

此外，导电性构件34形成为网格状，并且由例如不锈钢(SUS)、铜、及铜合金中的任一种金属制成。作为铜合金，例如可利用黄铜。

此外，导电性构件34安装到焊枪喷嘴24的内周面32时，不仅可利用导电性构件34及焊枪喷嘴24之间产生的摩擦力，还可利用黏接剂等。另外，保护气体不仅可使用氩气，也可使用二氧化碳或氦等。

本发明第1实施例的焊接焊枪10的结构基本如上，以下，就其运行及作用效果加以说明。

如图2所示，将正面呈L字状的工件W1与W2相互背部对准，设置在规定位置，使焊接焊枪10的电极18以规定距离接近该工件W1与W2连接的焊接部位42。该距离优选为5mm。

接着，开始向焊接焊枪10供应规定电流及氩气，在焊接部位42与电极18之间形成产生电弧放电的电弧形成空间44。形成所述电弧形成空间44后，实施TIG焊接作业，形成所述工件W的焊接部位42。

此时，即使连续实施TIG焊接作业，焊接焊枪10也不会失火，能够切实形成电弧形成空间44，获得与大气良好的阻断状态，连续实施TIG焊接作业。其理由如下。即，根据先前技术，在焊接开始时电弧会自电极顶端部产生，但随着焊接次数累加，会出现电弧产生位置自电极顶端向上攀爬的现象。可认为这是受电极氧化等影响。而且，电弧产生位置自电极顶端部向上攀爬的现象表示电弧产生位置逐渐远离工件。换言之，若工件至电弧产生位置的距离延长，则初始电弧电压会逐渐成为高电压，导致失火频发。

作为电弧位置向上攀爬即电极顶端部不再产生电弧的理由，可认为是因氧化等影响造成“电离电压”提高。此处“电离”是指自外部对原子施加大于激发状态的能量时，电子自原子飞出的现象，该电离所需的最低电压称为“电离电压”。如需产生电浆则必须施加不小于电离电压的能量，因此连续实施电弧焊接时，为避免初始电弧失火而慢慢提高对电极施加的电压，即提高电离电压的操作，是以难以产生电浆的状况为前提，表示失火频率高。

而使用如先前技术般在焊枪喷嘴24内周面32未安装导电性构件34的焊接焊枪连续实施TIG焊接作业时，电极会氧化，逐渐变得容易发生失火。失火后，我们会逐渐增大初始电弧电压，重新形成电弧形成空间44。而且，重复失火后，会在初始电弧电压施加高电压产生电路容许的最大电压时也失火，最终将中断TIG焊接作业，需要实施电极顶端的研磨作业等。

另一方面，根据实验已确认，通过如本实施例般在焊枪喷嘴24的内周面32安装导电性构件34，即使连续实施TIG焊接作业也几乎不会发生失火。

如此，能够减小初始电弧电压，因此能够降低对焊接焊枪10以及组装它的TIG焊接机的负荷。因此，高电压产生电路难以发生故障，TIG焊接作业中断现象减少，从而提高了电弧焊接的生产效率。此外，根据情况，TIG焊接机中也可不组装所述高电压产生电路。

图3是对应有无导电性构件34的初始电弧电压波形图。图3中所示的实线A表示本实施例所述，在焊枪喷嘴24内周面32组装由金属网格制成的导电性构件34的焊接焊枪10的初始电弧电压波形，虚线a表示未安装该导电性构件34的TIG焊接装置的初始电弧电压波形。此处，初始电弧电压是指形成所述电弧形成空间44所需的最小电压值。另外，图3中纵轴显示的电压是往负数方向呈增大趋势。由图3可一目了然，根据本实施例，组装导电性构件34的焊接焊枪10在约6200V左右可获得初始电弧电压，但不具有导电性构件34的先前技术型焊接焊枪的初始电弧电压约为11500V。

(第2实施例)

以下，参照图4说明本发明第2实施例的电弧焊接用焊枪。另外，第2实施例中与第1实施例共通的结构部分使用相同参照符号，并省略其说明。

第2实施例中，导电性构件134的结构与第1实施例不同。具体为，导电性构件134形成为板状(薄板状)或箔状，由例如铜、铜合金、铝、及铝合金等中的任一种金属制成。作为铜合金，例如可利用黄铜。另外，导电性构件134的厚度设为能够使保护气体在焊枪喷嘴24内充分流通的尺寸。此外，导电性构件134的厚度也可设为0.1mm以下。

根据第2实施例，焊接焊枪100的导电性构件134使用了金属板或金属箔，因此可获得与第1实施例相同的效果。

本发明的电弧焊接用焊枪不仅限于上述实施例，当然也可在未超出本发明要旨的范围内，采用各种结构。例如导电性构件也可形成为线圈弹簧状。

此外，本发明也可在焊枪喷嘴内周面蒸镀或覆盖铝等金属，从而将导电性构件安装到所述焊枪喷嘴。由此，可消除该导电性构件自该焊枪喷嘴脱落的隐患。此时，也可不用将所述焊枪喷嘴做成容易安装所述导电性构件的形状。因此，可增加所述焊枪喷嘴的设计自由度。

以下，列举本发明实例，进一步具体说明本发明。

【实例1】

首先，就实例1加以说明。本实例中，使用如上述第1实施例般构成的电弧焊接用焊枪实施TIG焊接。即，本实例中，使用金属网格作为导电性构件。

选择铜板作为被焊接物，电极使用含1.5重量％镧的钨电极(φ2.5mm)。如图5所示，使用氩气作为保护气体，每分钟流入6升。该氩气的预吹扫时间为2秒。流入氩气后，在2秒后向电极流入焊接电流100A。自焊接电流开始流入电极至结束流入，时间为100毫秒。其后，氩气的后吹扫时间为2秒。因此，焊接节拍时间为每5秒1次。

焊接结果如下所示。即，在约2小时(1440次)的焊接中发生0次失火。此外，焊接电源所设定的重试启动操作(发生失火时由焊接电源重新启动的功能)未曾运行。由此可判断，本电弧焊接用焊枪对预防失火极为有效。

根据以往方法，即使用未组装金属网格构造的焊枪时，焊接超过200次左右便偶发失火，超过300次则频发失火。此时，人们会采取研磨电极顶端部的方法。通过如本实例般在焊枪喷嘴安装金属网格，可将电极研磨次数由每焊接200次研磨1次改进为每焊接1500次研磨1次，延长电极寿命。

此外，通过如上述般安装金属网格，还可抑制初始电弧电压，因此可获得减少高电压产生电路负担并延长焊接电源寿命的特有效果。

【实例2】

(实验装置结构)

以下，就实例2加以说明。如图6所示，本实例的实验装置200具有焊接电源(PULSETIG电源MAW-300A DC 高电压启动式：Miyachi Technos制)202、与焊接电源202的一侧端子204连接的焊接焊枪(TA-23SSP：Miyachi Technos制)206、向焊接焊枪206供应保护气体(氩气)的供气部208、以及与焊接电源202的另一侧端子210连接的由韧铜制成的工件212。

焊接焊枪206的结构基本与上述第1实施例的焊接焊枪10相同，具有焊枪体214、含1.5重量％钍的钨电极(φ1.6mm)216、焊枪喷嘴218、以及导电性构件220等。

电极216的顶端研磨角度设为40°，并且安装在焊枪体214上，自焊枪喷嘴218突出的长度(L1)为2mm。此外，焊接焊枪206利用未图示的支持构件加以固定，使工件212表面与电极216顶端之间的距离(L2)为1mm。

另外，焊接焊枪206及工件212按照电极216为阴极、工件212为阳极的方式分别与焊接电源202的各端子204、210连接。

(实验条件)

以下，就本实例的实验条件加以说明。本实例中，作为导电性构件220，选择了不锈钢(SUS)网格(厚度0.14mm)、铜网格(厚度0.3mm)、黄铜网格(厚度0.3mm)、铜板(厚度0.14mm)、黄铜板(厚度0.1mm)、以及铝制箔(铝箔)(厚度0.01mm)6种材料。另外，本实例中，按照JIS规格(JIS H 0500)，将导电性构件220中厚度不小于0.1mm的构件称为板，不足0.1mm的构件称为箔。

焊接电流的控制如图7图表所示。具体为，分别将启动电流设为20A，将电流上升(UPSLOPE)时间设为20毫秒，将焊接电流设为30A，将焊接时间设为50毫秒。另外，本实例中，不实施电流下降(DOWNSLOPE)控制，焊接节拍时间为每3秒1次。此外，保护气体流量为每分钟流入3升。

(测定方法)

本实例中，对上述6种导电性构件220分别按照上述焊接条件，就产生电弧时的放电次数及有无失火实施3组测定。另外，本实例中，以实验开始后首个电弧失火时间作为本实例的电弧失火。即，不重新启动电弧。此外，在各组实验开始之前，利用未图示的电极研磨机对电极216进行研磨，使其顶端研磨角度为40°。

电弧放电次数的上限基本为每组1500次。但仅不锈钢(SUS)网格的第3组，将电弧放电次数上限设为2100次(参照图8)。

(比较例)

以下，就比较例加以说明。比较例使用的本实例实验装置200中省略了导电性构件220。此外，实验条件及测定方法与本实例相同。

(实验结果)

下面，参照图8对本实例及比较例的实验结果进行说明。如图8所示，相对于比较例在44次、36次、61次时分别发生失火，实例2除铝箔第1组及第2组以外，都能够连续放电1500次，其间未发生失火。此外，不锈钢(SUS)网格第3组可连续放电2100次，其间未发生失火。关于铝箔，虽然在902次、1302次时分别发生失火，但与比较例相比，连续放电的次数至少可增加20倍以上。

如此可证明，通过在焊枪喷嘴218中安装导电性构件220，可明显减少失火的发生频率。尤其使用不锈钢(SUS)网格、铜网格、黄铜网格、铜板、以及黄铜板时，防止失火效果良好。此外，使用铝箔时，与比较例相比也可获得显著的防止失火效果。

Claims (8)

1.一种电弧焊接用焊枪，其特征在于，具有

焊枪体(16)、

设置在所述焊枪体(16)轴中心部的电极(18)、

固定所述电极(18)的电极夹(20)、

围绕所述电极夹(20)的电极夹体(22)、以及

设置在所述焊枪体(22)顶端部且穿插所述电极(18)的焊枪喷嘴(24)，

在所述焊枪喷嘴(24)的内周面(32)安装导电性构件(34)。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接用焊枪，其特征在于，

所述导电性构件(34)围绕所述电极(18)。

3.根据权利要求1或2所述的电弧焊接用焊枪，其特征在于，

所述焊枪喷嘴(24)在自所述焊枪体(22)侧往所述电极(18)顶端的方向上剖面逐渐缩径，

所述导电性构件(34)设置在该逐渐缩径的该焊枪喷嘴(24)内周面(32)。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的电弧焊接用焊枪，其特征在于，

所述导电性构件(34)为金属网格。

5.根据权利要求4所述的电弧焊接用焊枪，其特征在于，

所述金属网格由不锈钢(SUS)、铜、铜合金、铝、以及铝合金中的任一种金属制成。

6.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的电弧焊接用焊枪，其特征在于，

所述导电性构件(34)为金属板。

7.根据权利要求6所述的电弧焊接用焊枪，其特征在于，

所述金属板由不锈钢(SUS)、铜、铜合金、铝、以及铝合金中的任一种金属制成。

8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的电弧焊接用焊枪，其特征在于，该电弧焊接用焊枪用于TIG焊接。

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