CN102528248A - 窄间隙tig焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窄间隙TIG焊枪，包括导电装置、散热装置、供气装置、钨电极、焊丝输送装置，所述导电装置、散热装置、供气装置、钨电极和焊丝输送装置组合连接形成厚度为1～9mm的扁平结构。本发明还包括在枪体上设置了三根串联连接的循环冷却水管道，在钨极的前后两侧分别设置保护气体镇静室，将枪体中心导电装置与整个枪身绝缘隔离。本发明将传统的圆柱形TIG焊枪设计成扁平结构以适应于窄间隙坡口的焊接，本发明还解决了因焊枪枪身变成扁平状结构而产生的焊枪冷却、保护气体输送、焊枪与坡口侧壁打弧的问题。

Description

窄间隙TIG焊枪

技术领域

本发明涉及一种焊接设备，尤其是一种窄间隙TIG焊枪。

背景技术

窄间隙焊接与其他厚壁结构开坡口的对接焊有显著区别。其特征如下：1) 窄间隙焊接已成为一种专门技术，它可以用常规的焊接方法来施焊，如窄间隙埋弧焊，窄间隙气体保护焊，窄间隙钨极氩弧焊等；2) 窄间隙焊接的接头大多数采用留有一定间隙的I型平对接接头，也可以取U型、V型或Y型坡口，但其特点是坡口窄而角度小；3) 窄间隙焊接采取多层焊接技术，每层都有一定数目的焊道(单道或双道)；4) 窄间隙焊接是低热输入或中热输入焊接。窄间隙焊接具有下述优点：1)生产效率高；2)节约母材和焊丝，同时也节约电能消耗；3)前道焊道对后道焊道起回火作用，后道焊道对前一道焊道起预热作用，使焊接接头具有较高的机械性能；4)焊后产品的残余应力和变形小；5)易于实现生产过程自动化。窄间隙焊接不仅适用于核电汽轮机焊接转子的焊接，还可以适用于所有采用大厚度构件焊接的场合，如锅炉、压力容器、大型机械、海洋结构、造船等等。随着焊接结构件厚度不断增加，深窄间隙焊接出现了诸多亟待解决的焊接装备问题。

在窄间隙焊接方法里，应用最广泛的是窄间隙熔化极气体保护焊。国内焊接工作者研究和开发了不同形式的窄间隙熔化极气体保护焊焊枪。窄间隙熔化极气体保护焊由于存在熔滴过渡，所以在焊接过程中有飞溅，影响焊枪长时间工作的可靠性，且如果飞溅溅到侧壁上，则阻碍焊枪前进，容易发生侧壁未熔合、难于清渣等缺点。而窄间隙TIG焊接温度高，保护好，没有熔滴过渡，焊缝质量高，焊缝成形美观，在窄间隙焊接方面有广泛的应用前景。

普通TIG窄间隙焊枪采用同轴气体保护，钨电极位于陶瓷保护罩中间。由于陶瓷罩直径大（大于或等于13mm），无法伸入窄间隙坡口以内进行焊接。

公告号为CN2897523Y的中国实用新型专利针对普通TIG焊枪的这些缺陷进行了改进，采用椭圆设计，钨电极倾斜4～8度的方法来解决这些问题。但这种设计存在的不足是：气冷导致焊枪所能承受的焊接电流较小，且不能长时间地进行焊接作业，椭圆设计导致气体气室空间较小，导致气体保护效果变差。

公告号为CN101244481的中国发明申请公开了一种窄间隙TIG焊枪，该焊枪结构和普通焊枪结构类似，但其焊接焊缝宽度达18mm，填充焊丝量较大，在生产应用过程中存在成本较高的问题。

公告号为CN101890560A的中国发明专利申请公开了一种窄间隙热丝TIG焊枪，采用了多回路水冷，步进电机带动钨电极偏转的结构设计。目前市场上存在的窄间隙TIG焊矩，多采用类似的结构。这种焊枪存在的主要问题是：焊枪结构复杂，加工成本较高，涉及到电机、多回路水冷控制等，在焊接作业时，需要控制的工艺参数较多，使用不便。热丝电流和焊接电流磁场容易互相影响，导致电弧偏吹，指向不准等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种窄间隙TIG焊枪，其将传统的圆柱形TIG焊枪设计成扁平结构以适应于窄间隙坡口的焊接，本发明还解决了因焊枪枪身变成扁平结构而产生的焊枪冷却效果不佳、气体保护效果不良、焊枪与坡口侧壁打弧的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种窄间隙TIG焊枪，包括导电装置、散热装置、供气装置、钨电极、焊丝输送装置，所述导电装置、散热装置、供气装置、钨电极和焊丝输送装置固定连接形成厚度为1～9mm的扁平结构。

所述导电装置包括管壁用于焊接电流传输而内孔用作循环水冷却通道的铜管，焊接电源正负极连接至焊枪导电铜块和焊件上，焊接电流通过铜管流经钨极、电弧到达焊件。

本发明还在所述焊枪的枪体上设有三根串连的冷却水循环通道，低温的冷却水首先流经焊枪中间一根循环通道，从所述中间循环通道流出的冷却水再进入左右两侧的循环通道。所述导电装置包括钨极安装基座，在所述钨极安装基座中，设置了两个相交的圆柱孔，所述圆柱孔的上端分别与两根铜管银钎焊连接，形成导电装置冷却水回路。所述圆柱孔有一定深度，使冷却水与钨极散热端足够接近，以便加强对钨极的冷却。

在所述导电装置左右两侧分别设置有U型冷却水管，所述冷却水管的长度从所述焊枪顶端延伸到所述焊枪底部。

所述供气装置包括：左引导管、右引导管、左镇静室、右镇静室、气筛、气罩，气体通过所述左镇静室和右镇静室下方的气筛形成轴向气流，从所述气罩中流出。所述左引导管、右引导管的下部的水平弯管的终端是封闭的，在所述水平弯管两侧设置有多个规则排列的出气小孔，焊接保护气体从所述出气小孔中喷出，经过焊枪气室壁的反射、充分混合，再从所述镇静室下方的气筛孔中流出，形成轴向气流。由于流体的附壁效应，保护气体沿所述气罩的内壁向下流动，从喷嘴口流出，形成一定长度的层流层，并充满坡口间隙，保护焊接熔池和坡口金属，避免氧化。另外镇静室有一个可拆卸的盖板，便于检查气室内结构件是否损坏和维修。

所述导电装置的上部采用胶木绝缘材料将导电铜块与基板隔离；所述导电装置的中部设置有胶木夹持件与胶木安装座，使所述导电装置与枪体隔离；所述导电装置下端采用耐高温的陶瓷嵌在所述导电装置的基座上，使得所述导电装置与枪体的其他部分完全绝缘。

在长时间焊接过程中，电弧和熔池热辐射以及热传导对枪体的热影响是不可小觑的，焊枪枪体因其辐射热和热传导甚至达到非常高的温度，同样需要进行冷却，能够有效的将枪身的热量带走。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将传统的圆柱形TIG焊枪设计成扁平结构，以适应于窄间隙坡口的焊接。

2、本发明在焊枪枪体上设置了三根串联连接的循环冷却水管道，以加强对钨极的冷却，防止钨极温度过高而损坏，在焊枪上还加入了两根U型冷却水管，能够有效的将枪身的热量带走，防止焊枪温度过高而损坏。

3、本发明采用胶木绝缘材料和陶瓷，将导电装置与焊枪枪体进行充分的绝缘隔离，防止焊接过程中焊枪与坡口侧壁产生电弧。

4、本发明在钨极的前后两侧分别设置了保护气体镇静室，气体通过所述镇静室穿过所述气筛，沿所述气罩的内壁向下流动，从喷嘴口流出，形成一定长度的层流层，且充满焊件侧壁与焊枪的空间，保护焊接熔池和坡口金属，避免氧化，增强了气体保护效果。

附图说明

图1为本发明的窄间隙TIG焊枪的结构示意图；

图2为本发明的窄间隙TIG焊枪无盖板时的正视图；

图3为本发明的窄间隙TIG焊枪的导电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例的一种窄间隙TIG焊枪，包括导电装置、散热装置、供气装置、钨电极、焊丝输送装置，所述导电装置、散热装置、供气装置、钨电极和焊丝输送装置固定连接形成厚度为1～9mm的扁平结构。

如图1所示，焊枪输电和钨极水冷采用一体化设计，焊枪中间导电装置铜管3既是用于其下端钨极的散热的冷却水管道，同时也兼作输电电缆。焊接电源正负极连接至焊枪导电铜块2和焊件12上，焊接电流通过水冷铜管3流经钨极、电弧到达工件。

由于焊枪采用扁平结构，导电装置结构尺寸受到限制，在焊接过程中，由于电阻热和电弧、熔池的热辐射，可能导致焊枪和钨极温度过高而损坏。本发明采用三根平面分布、串连连接的循环水冷却管道。其中焊枪中间导电装置3集导电功能与水冷功能与一体，铜管的管壁用于焊接电流传输，而铜管内孔用作循环水冷却通道冷却钨极。在导电装置（图3）钨极安装基座16中，开了两个相交的圆柱孔15，圆柱孔的上端分别与两根铜管银钎焊连接，形成导电装置冷却水回路。由图3可知：基座16中的圆柱孔15比较深，为了使冷却水与钨极散热端和面足够接近，以期加强对钨极的冷却。在长时间焊接过程中，电弧和熔池热辐射以及热传导对枪体的热影响是不可小觑的，焊枪枪体因其辐射热和热传导甚至达到非常高的温度，同样需要进行冷却，设计时在焊枪上加入了两路U型冷却水管6和13，分布于中间导电装置3的左右两侧，其长度从焊枪顶端延伸到焊枪底部，能够有效的将枪身的热量带走。

在焊接时，保护气体的流出方式直接影响电弧的稳定性、焊缝的质量、焊缝的成型等。在新型扁平窄间隙钨极氩弧焊焊枪设计中，其供气系统由引导管7、14，镇静室（如图2所示），气筛10，气罩11等组成。焊枪设置左右二路供气引导管14、7、镇静室（左、右），二路气体通过镇静室下方的气筛形成轴向气流，从焊枪气罩中流出。值得指出的是：引导管下部的水平弯管的终端是封闭的，而在水平弯管二侧按一定规律钻了多个小直径的出气孔，焊接保护气体从引导管7、14下部的水平弯管二侧的小孔中喷出，经过气室壁的反射、充分混合，再从镇静室G下方的气筛孔中流出，形成轴向气流。由于流体的附壁效应，保护气体沿焊枪保护气罩11的内壁向下流动，从喷嘴口流出，形成一定长度的层流层，并充满坡口间隙，保护焊接熔池和坡口金属，避免氧化。另外镇静室有一个可拆卸的盖板9，便于检查气室内结构件是否损坏和维修。

窄间隙焊接时，焊枪与焊件侧壁间距小，焊枪又加载较高的电压，易与坡口侧壁起弧。本发明采取多重措施将导电装置与焊枪枪体进行充分的隔离绝缘。如图1所示。焊枪导电装置3的上部采用胶木绝缘材料1将导电铜块2与基板隔离；导电装置3中部夹持件4与安装座5采用胶木材料制造，使其与枪体隔离；导电装置3下端采用耐高温的陶瓷8嵌在导电铜管3的基座上，使得中间导电装置3与枪体的其他部分完全绝缘，防止焊接过程中焊枪与坡口侧壁产生电弧。

本实施例提供的窄间隙TIG焊枪通过装卡，位于焊接工件的坡口之间，焊枪的位置取决于焊缝的宽度，如果此焊缝的宽度在11～12mm之间则可以一道焊完，则焊枪应位于焊缝的中心线上；若焊缝宽度大于12mm则需要实施多道焊接，需要焊枪左右偏斜完成多道焊接。通过上述的装卡运行方式能够保证焊缝的侧壁熔合。

本实施例的散热系统的装卡方式如下：装夹顺序自下而上进行，先将陶瓷8装在导电装置3上，再将胶木安装座5自上而下装在导电装置3上，最后装上胶木夹持件4与胶木安装座5配合，然后装进焊枪枪体中，各个部件进行位置调整然后固定。两边U型冷却水管放入焊枪枪体提前预留的U型槽中。在U型冷却水管的下部，位于气体镇静室所在的长方体部分的U型端，采用银钎焊将其焊在气体镇静室边上。三路循环冷却水管道之间的连接位于枪体之外，采用软管按照如前所述的顺序连接。

本实施例的供气系统安装顺序如下：在散热系统安装好之后，将右引导管7和左引导管14分别从两侧的气罩11下方送入，穿过枪体预留的孔，到达胶木安装座5的上端，将其固定。

Claims (8)

1.一种窄间隙TIG焊枪，包括导电装置、散热装置、供气装置、钨电极、焊丝输送装置，其特征在于，所述导电装置、散热装置、供气装置、钨电极和焊丝输送装置固定连接形成厚度为1～9mm的扁平结构。

2.根据权利要求1所述的窄间隙TIG焊枪，其特征在于，所述导电装置包括管壁用于焊接电流传输而内孔用作循环水冷却通道的铜管，焊接电源正负极连接至焊枪导电铜块和焊件上，焊接电流通过铜管流经钨极、电弧到达焊件。

3.根据权利要求1所述的窄间隙TIG焊枪，其特征在于，在所述焊枪的枪体上设有三根串连的冷却水循环通道，低温的冷却水首先流经焊枪中间一根循环通道，从所述中间循环通道流出的冷却水再进入左右两侧的循环通道。

4.根据权利要求3所述的窄间隙TIG焊枪，其特征在于，所述导电装置包括钨极安装基座，在所述钨极安装基座设置有两个相交的圆柱孔，所述圆柱孔的上端分别与两根铜管银钎焊连接，形成导电装置冷却水回路。

5.根据权利要求3所述的窄间隙TIG焊枪，其特征在于，在所述导电装置左右两侧分别设置有U型冷却水管，所述冷却水管从所述焊枪顶端延伸到所述焊枪底部。

6.根据权利要求1所述的窄间隙TIG焊枪，其特征在于，所述导电装置的上部采用胶木绝缘材料将导电铜块与基板隔离；所述导电装置的中部设置有胶木夹持件与胶木安装座，使所述导电装置与枪体隔离；所述导电装置下端通过耐高温的陶瓷嵌在所述导电装置的基座上，使得所述导电装置与枪体的其他部分完全绝缘。

7.根据权利要求1至6任一项所述的窄间隙TIG焊枪，其特征在于，所述供气装置包括：左引导管、右引导管、左镇静室、右镇静室、气筛、气罩，所述左引导管和所述右引导管下部的水平弯管的终端是封闭的，在所述水平弯管两侧设置有多个规则排列的出气小孔，焊接保护气体从所述小孔中喷出，经过焊枪气室壁的反射、充分混合，再从所述左镇静室和右镇静室下方的气筛孔中流出。

8.根据权利要求7所述的窄间隙TIG焊枪，其特征在于，所述左镇静室和右镇静室分别设有一个可拆卸的盖板。

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