CN102601504A - 一种具有输送双层气流功能的焊炬 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有输送双层气流功能的焊炬，所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ42mm～Φ60mm，喷嘴内设有具有内层气流送气孔道的导电杆、导电嘴和与导电杆的中心线同轴的环形气室，气室朝向喷嘴端的面上设有气筛，气筛上均匀分布有通孔，气筛面的对面几何中心位置开有两个通孔连接外层保护气气流送气管，连接件为一直径Φ34mm～Φ52mm的圆盘，圆盘高度为20mm～28mm。利用发明所述的焊炬焊接时，能向焊接区同时输送双层气流，外层气流为保护气流，内层气流采用高速或脉动送气，可实现加速焊丝端部的熔滴过渡，降低焊丝干伸长度段的温升，减少大电流焊接的飞溅的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接设备的辅具，尤其涉及一种具有输送双层气流功能的焊炬；属于焊接设备领域。
背景技术
气体保护焊是采用气体保护焊接区免受空气污染的焊接方法，其焊炬带有送气装置，可以调节气体的流量，如果加上配比器则可以改变气体的成分。目前，气体保护焊接的焊炬多采用单层气体保护，如申请号为01803632.5的专利“焊炬和导电嘴”，申请号为94115239.1的专利“电弧焊焊炬或者电弧切割焊炬”等。现有的双层气体保护焊炬也是以降低保护气体的成本为目的，如内层采用惰性气体，外侧采用二氧化碳气体，是通过降低气体的流量或者降低贵重气体的使用量实现的。如公开号为CN85106833的专利“旋流式双层气体保护焊方法及焊炬”，外层保护气采用旋转射流，气体为二氧化碳等一般气体；内层为轴向射流，气体是惰性的，专利以节省惰性气体为目的。公开号为CN182165的专利“高压旋流双层气体保护焊枪”涉及非熔化极的TIG焊枪，没有熔滴过渡问题，提供了一种结构简单、使用方便、可以使内外气流分层流动的高压旋转双层气流焊枪。公开号为CN2400691的专利“熔化极气体保护焊焊炬”，采用双层气路结构是为了改善保护效果。
随着工业界对高效化焊接技术要求的日益增强，大电流高熔敷速度气体保护焊技术受到人们的重视。增大焊接电流，焊丝的熔化速度会明显提高。当焊接电流超过旋转射流过渡的临界电流时，熔滴过渡变为不稳定的旋转射流过渡形式，此时产生大量的飞溅，焊丝的干伸长度段由于大电流流过，产生大量电阻热，使其温度升高而软化，导致其在电弧力的作用下，也容易偏离轴线进一步加剧飞溅。大电流焊接的飞溅大，且大颗粒飞溅所占比例大，焊缝成型极差，工作条件恶劣，无实际应用价值。飞溅不仅浪费焊接材料，而且工件表面飞溅物的清理也增大了工作量，使工件的表面质量变差，甚至影响工件的正常使用。降低大电流气体保护焊的飞溅，改善焊缝成型成为推广该工艺迫切需要解决的关键技术。
鉴于此，开发一种具有输送双层气流的焊炬，内层气流采用高速或者脉动送气方式，通过气流的冲击力加速熔滴过渡，并且通过内层气流冷却焊丝的干伸长度段，减少其温升，提高其刚度，避免其偏离轴线增大飞溅，对于解决上述问题很有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种具有输送双层气流功能的焊炬。
本发明的技术构思是：设计一种具有输送双层气流的焊炬，内层气流采用高速或者脉动送气，加速熔滴过渡，降低大电流焊接的飞溅；外层气流为保护气流。
本发明所述具有输送双层气流功能的焊炬，其特征在于：所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ34mm～Φ52mm，喷嘴内设有具有内层气流送气孔道的导电杆、导电嘴和气室，连接件为一直径Φ34mm～Φ52mm的圆盘，圆盘高度为20mm～28mm；其中，所述导电杆为外径是Φ10mm～Φ16mm的圆柱体，位于焊炬的中心线上的导电杆中心线位置有一个内孔直径为Φ2mm～Φ4mm的焊丝通道，围绕焊丝通道在导电杆上设有4个～12个内层气流送气孔道并开口于导电杆近喷嘴端的横截面上，孔道的直径为Φ1mm～Φ2mm，孔道的中心线与导电杆的中心线平行，且所有孔道的中心线均匀分布于以导电杆中心线为中心线的圆柱横截面上，各孔道中心线与导电杆中心线的距离均为导电杆上焊丝通道半径与送气孔道半径之和加1mm～2mm，导电杆的近喷嘴端安装有导电嘴，导电嘴有内孔直径为Φ0.8～Φ2.4mm的焊丝通道且与导电杆的焊丝通道相通，导电杆的外侧设有厚度为1mm～2mm的绝缘层，并以绝缘层与连接件结合，绝缘层外侧与喷嘴内壁之间的连接件上设有一与导电杆的中心线同轴的环形气室即外层保护气气室，气室朝向喷嘴端的面上设有气筛，气筛上均匀分布有通孔，气筛面的对面几何中心位置对称于连接件中心线开有两个通孔连接外层保护气气流送气管。
上述焊炬的结构示意图见图1，导电杆横截面示意图见图2。
图1中标示：连接件1、外层保护气气流送气管2、绝缘体3、导电杆4、内层气流送气孔道5、外层保护气气流送气管6、气筛7、喷嘴8、导电嘴9、导电嘴上的焊丝通道10、气室11、导电杆上的焊丝通道12。
图2中标示：导电杆4、内层气流送气孔道5、导电杆上的焊丝通道12。
应用本发明所述具有输送双层气流功能的焊炬焊接时，焊丝通过导电杆4上的焊丝通道12、导电嘴9上的焊丝通道10送入焊接区，并与工件产生电弧；导电杆4与连接件1之间设有绝缘体，使焊接电流仅沿导电杆与导电嘴、焊丝流入焊接区，保证焊工的安全；内层气流通过导电杆上的内层气流送气孔道5，以高速或脉动速度从焊丝干伸长度段表面通过，给焊丝端部的熔滴一个冲击力，加速熔滴过渡，同时带走焊丝干伸长度段的热量，降低其温升；保护气体通过两个送气管2和6，将保护气体送入气室11，再经过气筛7送入焊接区，气筛可以使保护气体均匀、呈层流。
具体的，本发明所述焊炬的主要结构、尺寸及应用描述如下：
焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ10mm～Φ16mm的圆柱体，位于焊炬的中心线上，导电杆中心线位置有一个内孔直径为Φ2mm～Φ4mm的焊丝通道，比所用焊丝直径大2mm以上，导电杆圆柱体与其内孔焊丝通道的中心线重合。导电杆采用紫铜或黄铜材料制作。围绕焊丝通道在导电杆上设有4个～12个内层气流送气孔道并开口于导电杆近喷嘴端的横截面上，孔道的直径为Φ1mm～Φ2mm，孔道的中心线与导电杆的中心线平行，且所有孔道的中心线均匀分布于以导电杆中心线为中心线的圆柱横截面上，各孔道中心线与导电杆中心线的距离均为导电杆上焊丝通道半径与送气孔道半径之和加1mm～2mm。导电杆与连接件之间设有绝缘层，绝缘层的厚度为1mm～2mm，绝缘层可以选用耐高温的任意材料，如橡胶、塑料、塑胶等。导电杆的近喷嘴端设有安装导电嘴的螺纹孔，螺纹孔的中心线与导电杆中心线重合，螺纹的公称直径为M3～M4(即3mm～4mm)，高度为5mm～8mm，导电嘴配合于导电杆上，导电嘴有内孔直径为Φ0.8～Φ2.4mm的焊丝通道且与导电杆的焊丝通道相通。导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。
保护气的气室设在连接件上，设置气室的目的是使气流均匀、呈层流从气筛喷出。如图1所示：气室为一环形槽，环形槽的径向截面为长方形，环形槽是该长方形沿连接件的中心线(即导电杆的中心线)旋转一周形成的旋转体。径向截面长方形的径向边长为7mm～10mm，垂直于径向的轴向边长为16mm～24mm，轴向边长由连接件的轴向厚度确定。环形槽径向截面的长方形轴向边距离绝缘层外侧的最小距离为2mm～3mm。环形槽位于与喷嘴出口侧相对的表面开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合，直径为Φ3mm～Φ6mm，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的几何中心位置。环形槽位于喷嘴出口侧的表面设有气筛，气筛与连接件采用常规的机械连接方式连接。气筛的高度为3mm～5mm，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布，通孔直径为Φ1mm～Φ3mm，相邻通孔中心线之间的距离为其直径加2mm。
连接件1为一直径Φ34mm～Φ52mm的圆盘，圆盘的高度为20mm～28mm，连接件的材料选用紫铜或黄铜，优选紫铜，以利于散热。连接件安装导电嘴的一侧为下表面，另一侧为上表面，连接件的中心线垂直于上、下表面。
喷嘴安装在连接件上，喷嘴可用任意材料制作，优选紫铜或铬锆铜或不锈钢，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ34mm～Φ52mm，与连接件配合。
使用以上焊炬，保护气体选用CO2，保护气体的流量为7L/min～25L/min，优选10L/min～20L/min。内层气体选用CO2或富Ar混合气体，富Ar混合气体优选Ar中加入体积百分比为5％的CO2即Ar+5％CO2，或Ar+(1～5)％O2，或Ar+20％CO2+5％O2。内层气体的流量为10L/min～25L/min，流速为2m/s～8m/s。内层脉动气流的参数为最大气流的流量为20L/min～25L/min，流速为7m/s～8m/s，最小气流的流量为10L/min～15L/min，流速为2m/s～3m/s，最小气流保证内外层气流不产生紊流，脉动气流的频率为0～100HZ。
本发明的实施具有如下明显效果：
(1)本专利焊炬可以实现向焊接区同时输送双层气流，内层气流采用高速或脉动送气，加速焊丝端部的熔滴过渡，降低焊丝干伸长度段的温升，减少大电流焊接的飞溅。
(2)本专利焊炬可以采用现在广泛应用的普通气体保护焊设备，便于推广，降低了焊接设备更新费用。
(3)本专利焊炬可以采用实心焊丝焊接，通过内层气流的冲击作用和对焊丝干伸长度段的降温作用，实现稳定电弧、降低大电流焊接飞溅、改善焊缝成型的目的，达到了昂贵药芯焊丝所具备的工艺性能指标，具有成本低廉、送丝顺畅等优点。
附图说明
图1本发明所述焊炬的结构示意图。
其中：1-连接件 2-外层保护气气流送气管 3-绝缘体 4-导电杆 5-内层气流孔道 6-外层保护气气流送气管 7-气筛 8-喷嘴 9-导电嘴 10-导电嘴上的焊丝通道 11-气室 12-导电杆上的焊丝通道。
图2导电杆横截面示意图。
其中：4-导电杆 5-内层气流孔道 12-导电杆上的焊丝通道。
具体实施方式
下面结合图1和图2对本发明所述通过气流降低焊接飞溅的气体保护焊焊炬作进一步阐述。
本发明所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ34mm～Φ52mm，喷嘴内设有具有内层气流送气孔道的导电杆、导电嘴和气室，连接件为一直径Φ34mm～Φ52mm的圆盘，圆盘高度为20mm～28mm；其中，所述导电杆为外径是Φ10mm～Φ16mm的圆柱体，位于焊炬的中心线上的导电杆中心线位置有一个内孔直径为Φ2mm～Φ4mm的焊丝通道，围绕焊丝通道在导电杆上设有4个～12个内层气流送气孔道并开口于导电杆近喷嘴端的横截面上，孔道的直径为Φ1mm～Φ2mm，孔道的中心线与导电杆的中心线平行，且所有孔道的中心线均匀分布于以导电杆中心线为中心线的圆柱横截面上，各孔道中心线与导电杆中心线的距离均为导电杆上焊丝通道半径与送气孔道半径之和加1mm～2mm，导电杆的近喷嘴端安装有导电嘴，导电嘴有内孔直径为Φ0.8～Φ2.4mm的焊丝通道且与导电杆的焊丝通道相通，导电杆的外侧设有厚度为1mm～2mm的绝缘层，并以绝缘层与连接件结合，绝缘层外侧与喷嘴内壁之间的连接件上设有一与导电杆的中心线同轴的环形气室即外层保护气气室，气室朝向喷嘴端的面上设有气筛，气筛上均匀分布有通孔，气筛面的对面几何中心位置对称于连接件中心线开有两个通孔连接外层保护气气流送气管。
实施例1：
焊炬的结构见图1。具体尺寸如下：
焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ10mm的圆柱体，导电杆中心线设有内孔直径为Φ2mm的焊丝通道，围绕焊丝通道在导电杆上设有4个内层气流送气孔道并开口于导电杆近喷嘴端的横截面上，孔道的直径为Φ1mm，孔道的中心线与导电杆的中心线平行，且4个孔道的中心线均匀分布于以导电杆中心线为中心线的半径为2.5mm的圆柱横截面上。导电杆采用紫铜制作。导电杆与连接件之间绝缘层的厚度为1mm，绝缘体选用耐高温橡胶。导电杆的近喷嘴端螺纹孔的公称直径为M3(即3mm)，高度为5mm，与导电嘴配合，导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。
保护气的气室径向截面长方形的径向边长为7mm，垂直于径向的轴向边长为16mm。环形槽径向截面的长方形轴向边距离绝缘层外侧的最小距离为2mm。环形槽位于与喷嘴出口侧相对的表面开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合，直径为Φ3mm，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的几何中心位置。环形槽位于喷嘴出口侧的表面设有气筛，气筛与底座采用常规的机械连接方式连接。气筛的高度为3mm，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布，通孔直径为Φ1mm，相邻通孔中心线之间的距离为2mm。
连接件1为一直径Φ32mm的圆盘，圆盘的高度为20mm，连接件的材料选用紫铜。
连接件上送气管的通孔中心线和连接件的中心线在一个平面上。
喷嘴安装在连接件上，喷嘴材料不锈钢，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ34。
焊丝采用直径1.2mm的ER50-6实心焊丝，导电嘴为由紫铜制成的与直径1.2mm焊丝匹配的市售产品。外层保护气体选用CO2，保护气体的流量为18L/min。内层气体选用CO2，内层气体的流量为15L/min，流速为3m/s。焊接电流为445A～455A，电压为35V～38V。
试验结果表明，电弧燃烧稳定，干伸长部分没有偏离焊丝轴线，飞溅小，没有超过0.8mm的大颗粒飞溅，飞溅率(飞溅物质量与熔敷金属质量的比值)为2.8％。
实施例2：
焊炬的结构见图1。具体尺寸如下：
焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ16mm的圆柱体，导电杆中心线设有内孔直径为Φ4mm的焊丝通道，围绕焊丝通道在导电杆上设有12个内层气流送气孔道并开口于导电杆近喷嘴端的横截面上，孔道的直径为Φ2mm，孔道的中心线与导电杆的中心线平行，且12个孔道的中心线均匀分布于以导电杆中心线为中心线的半径为5mm的圆柱横截面上。导电杆采用黄铜制作。导电杆与连接件之间绝缘层的厚度为2mm，绝缘体选用耐高温橡胶。导电杆的近喷嘴端螺纹孔的公称直径为M4(即4mm)，高度为8mm，与导电嘴配合，导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。
保护气的气室径向截面长方形的径向边长为10mm，垂直于径向的轴向边长为24mm。环形槽径向截面的长方形轴向边距离绝缘层外侧的最小距离为3mm。环形槽位于与喷嘴出口侧相对的表面开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合，直径为Φ6mm，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的几何中心位置。环形槽位于喷嘴出口侧的表面设有气筛，气筛与底座采用常规的机械连接方式连接。气筛的高度为5mm，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布，通孔直径为Φ3mm，相邻通孔中心线之间的距离为5mm。
连接件1为一直径Φ32mm的圆盘，圆盘的高度为20mm，连接件的材料选用紫铜。
连接件上送气管的通孔中心线和连接件的中心线在一个平面上。
喷嘴安装在连接件上，喷嘴材料不锈钢，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ52。
焊丝采用直径1.6mm的ER50-6实心焊丝，导电嘴为由紫铜制成的与直径1.6mm焊丝匹配的市售产品。外层保护气体选用CO2，保护气体的流量为25L/min。内层气体选用Ar+5％CO2，内层气体的流量为25L/min，流速为8m/s。焊接电流为500A～510A，电压为38V～41V。
试验结果表明，电弧燃烧稳定，干伸长部分没有偏离焊丝轴线，飞溅小，没有超过1.0mm的大颗粒飞溅，飞溅率(飞溅物质量与熔敷金属质量的比值)为3.5％。
实施例3：
焊炬的结构见图1。具体尺寸如下：
焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ13mm的圆柱体，导电杆中心线设有内孔直径为Φ3mm的焊丝通道，围绕焊丝通道在导电杆上设有8个内层气流送气孔道并开口于导电杆近喷嘴端的横截面上，孔道的直径为Φ1.5mm，孔道的中心线与导电杆的中心线平行，且8个孔道的中心线均匀分布于以导电杆中心线为中心线的半径为4mm的圆柱横截面上。导电杆采用紫铜制作。导电杆与连接件之间绝缘层的厚度为1.5mm，绝缘体选用耐高温橡胶。导电杆的近喷嘴端螺纹孔的公称直径为M3(即3mm)，高度为6mm，与导电嘴配合，导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。
保护气的气室径向截面长方形的径向边长为8mm，垂直于径向的轴向边长为20mm。环形槽径向截面的长方形轴向边距离绝缘层外侧的最小距离为2.5mm。环形槽位于与喷嘴出口侧相对的表面开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合，直径为Φ4.5mm，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的几何中心位置。环形槽位于喷嘴出口侧的表面设有气筛，气筛与底座采用常规的机械连接方式连接。气筛的高度为4mm，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布，通孔直径为Φ2mm，相邻通孔中心线之间的距离为4mm。
连接件1为一直径Φ42mm的圆盘，圆盘的高度为24mm，连接件的材料选用紫铜。
连接件上送气管的通孔中心线和连接件的中心线在一个平面上。
喷嘴安装在连接件上，喷嘴材料不锈钢，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ42。
焊丝采用直径1.6mm的ER50-6实心焊丝，导电嘴为由紫铜制成的与直径1.2mm焊丝匹配的市售产品。外层保护气体选用CO2，保护气体的流量为18L/min。内层气体选用Ar+20％CO2+5％O2，内层气体的流量为20L/min，流速为5m/s。焊接电流为475A～485A，电压为35～38V。
试验结果表明，电弧燃烧稳定，干伸长部分没有偏离焊丝轴线，飞溅小，没有超过0.8mm的大颗粒飞溅，飞溅率(飞溅物质量与熔敷金属质量的比值)为3.2％。
实施例4：
焊炬的结构和尺寸同实施例1。
焊丝采用直径1.2mm的ER50-6实心焊丝，导电嘴为由紫铜制成的与直径1.2mm焊丝匹配的市售产品。外层保护气体选用CO2，保护气体的流量为20L/min。内层气体选用Ar+5％CO2，内层脉动气流的参数为最大气流的流量为22L/mi，流速为7.5m/s，最小气流的流量为12L/min，流速为2.5m/s，脉动气流的频率为20HZ。
焊接电流为480A～490A，电压为36V～39V。试验结果表明，电弧燃烧稳定，干伸长部分没有偏离焊丝轴线，飞溅小，没有超过0.8mm的大颗粒飞溅，飞溅率(飞溅物质量与熔敷金属质量的比值)为3.1％。
Claims (1)
1.一种具有输送双层气流功能的焊炬，其特征在于：所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ34mm～Φ52mm，喷嘴内设有具有内层气流送气孔道的导电杆、导电嘴和气室，连接件为一直径Φ34mm～Φ52mm的圆盘，圆盘高度为20mm～28mm；其中，所述导电杆为外径是Φ10mm～Φ16mm的圆柱体，位于焊炬的中心线上的导电杆中心线位置有一个内孔直径为Φ2mm～Φ4mm的焊丝通道，围绕焊丝通道在导电杆上设有4个～12个内层气流送气孔道并开口于导电杆近喷嘴端的横截面上，孔道的直径为Φ1mm～Φ2mm，孔道的中心线与导电杆的中心线平行，且所有孔道的中心线均匀分布于以导电杆中心线为中心线的圆柱横截面上，各孔道中心线与导电杆中心线的距离均为导电杆上焊丝通道半径与送气孔道半径之和加1mm～2mm，导电杆的近喷嘴端安装有导电嘴，导电嘴有内孔直径为Φ0.8～Φ2.4mm的焊丝通道且与导电杆的焊丝通道相通，导电杆的外侧设有厚度为1mm～2mm的绝缘层，并以绝缘层与连接件结合，绝缘层外侧与喷嘴内壁之间的连接件上设有一与导电杆的中心线同轴的环形气室即外层保护气气室，气室朝向喷嘴端的面上设有气筛，气筛上均匀分布有通孔，气筛面的对面几何中心位置对称于连接件中心线开有两个通孔连接外层保护气气流送气管。
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