CN104801866A - 一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置。由常规熔化极气体保护焊的焊枪喷嘴从下方截去25～35mm改造而来，替换常规熔化极气体保护焊焊枪的喷嘴装配到焊枪上。所述焊枪上喷嘴与电木绝缘层通过螺纹副连接，电木绝缘层内壁通过连接有铜电极水冷槽，铜电极水冷槽的下端连接有铜电极，电木绝缘层下端外壁上连接有拘束喷嘴，拘束喷嘴下端的外壁上连接有保护喷嘴，在焊枪上喷嘴的内部同轴布置有导电嘴夹，导电嘴夹下端连接有导电嘴，焊丝从焊枪轴心处依次穿过导电嘴夹、导电嘴、铜电极、拘束喷嘴。本发明提高了熔化极气体保护焊焊接的熔覆率，使焊接过程更为稳定。结构更为简单，成本更为低廉。

Description

一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置
技术领域
本发明涉及一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置。
背景技术
熔化极气体保护焊(GMAW)是电弧焊接方法中的一个重要分支，其重要优点有：1.几乎可焊接所有的金属和合金；2.克服了焊条电弧焊焊条长度的限制；3.电弧的熔敷率比焊条电弧焊高；4.焊接速度快；5.是低氢焊方法。由于熔化极气体保护焊具有较多优点，在工业发达国家，该类方法已经在很大范围内取代了焊条电弧焊。在我国，该焊接方法的应用范围也越来越大，已经成功应用于航空、原子能、石油化工、锅炉、机械制造等工业部门中。
等离子弧焊接是用受到压缩的电弧来进行焊接的方法，属于三大高能束焊接之一。由于等离子弧较高的能量密度，在焊接过程中可形成小孔效应，具有焊缝深宽比大、热影响区窄、成形质量好、焊接生产率高等优势，可广泛用于各种金属材料的焊接与切割等。
质量及效率是焊接工业生产中的两个重要指标。随着航天航空事业、交通运输、海洋工程等的快速发展，对于高质量高效的焊接方法提出了更高的要求。为了提高焊接的效率与质量问题，国内外越来越多的焊接研究工作者对此展开了方法及理论研究。采用复合热源的焊接方法成为了目前解决这一问题的主要方法。复合热源从热源结构来说并不是两个单一热源简单的叠加。复合热源的叠加是基于单一热源的特点及机理，将多个热源或复合热源在工件的同侧或异侧进行焊接的方法。叠加的后热源能够进行优势互补，从而形成具有高效高质量的复合热源。
等离子弧和GMAW电弧这两种热源的叠加就是一种复合热源的典型代表，这种复合热源焊接方法结合了单一等离子焊及GMAW焊的优势。复合电弧焊接过程中外层等离子弧被压缩，等离子弧的外层中心温度高，焊丝干伸长大，因此对内部焊丝的加热效果显著，促进了焊丝的熔化。内层GMAW电弧被包围在炽热的等离子弧中，外层等离子弧的介入使得电弧之间的产生新的相互耦合机制，造成了熔化极电流的走向、复合电弧行为、复合电弧的空问温度分布、熔滴过渡的受力情况发生了很大的变换。这种变化使得等离子和熔化极气体保护焊复合电弧焊接过程无飞溅，焊接过程稳定，焊丝的熔化速度快，适用于厚板的多层多道焊及薄板的高速焊。尤其是在铝合金焊接过程中，焊缝晶粒小，气孔少，接头力学性能高，是一种高效高质量的复合电弧焊接工艺。
焊枪作为焊接过程的换能元件，焊接装置的核心组件。然而，现有的等离子和熔化极气体保护焊复合焊枪存在种种不足。如TBI公司研发的商用等离子和熔化极气体保护焊复合焊枪，成本过高，不适合大批量的生产应用；而杨涛等学者设计的复合焊枪，体积较大，结构复杂，亦不利于实际的焊接操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置。
本发明所采用的技术如下：一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置，包括焊枪上喷嘴(1)、电木绝缘层(2)、进水管(3)、出水管(4)、拘束喷嘴(5)、进气管(6)、保护喷嘴(7)、铜电极(8)、串联水管(9)、铜电极水冷槽(10)、导电嘴(11)、导电嘴夹(12)和焊丝(13)。焊枪上喷嘴(1)与电木绝缘层(2)通过螺纹副连接，电木绝缘层(2)内壁通过螺纹连接有铜电极水冷槽(10)，铜电极水冷槽(10)的下端通过螺纹副连接有铜电极(8)，电木绝缘层(2)下端的外壁上通过螺纹连接有拘束喷嘴(5)，拘束喷嘴(5)下端的外壁上通过螺纹连接有保护喷嘴(7)，在焊枪上喷嘴(1)的内部同轴布置有导电嘴夹(12)，导电嘴夹(12)下端通过螺纹副连接有导电嘴(11)，焊丝(13)从焊枪轴心处依次穿过导电嘴夹(12)、导电嘴(11)、铜电极(8)、拘束喷嘴(5)。
本发明还具有如下技术特征：
1、所述的电木绝缘层(2)上焊接有进水管(3)，拘束喷嘴(5)上焊接有出水管(4)，保护喷嘴(7)上焊接有进气管(6)，在电木绝缘层(2)和拘束喷嘴(5)的同一纵截面内焊接有串联水管(9)，通过胶管将串联水管(9)串联起来。
2、本装置的焊接电源系统由两路电源组成，一路电源在焊丝(13)与工件之间，用于产生并维持熔化极气体保护焊电弧，一路电源在铜电极(8)和工件之间，用于产生并维持等离子弧；焊接时采用短路起弧的方式建立起熔化极气体保护焊电弧后，电弧空间被加热，然后依靠焊丝(13)与工件之间的电场击穿熔化极气体保护焊电弧外围、铜电极(8)附近空间炽热的气体，形成等离子弧；在熔化极气体保护焊与等离子弧的共同作用下，实现等离子和熔化极气体保护焊的复合热源焊接。
本发明的优点及有益效果：
1.使用该装置可以实现等离子和熔化极气体保护焊复合焊接。在能量密度可达105～106W/cm2的等离子弧热源的辅助下，提高了GMAW焊丝的熔覆率；内层GMAW电弧包围在等离子弧内部，外层等离子弧具有较高的电流密度及等离子流力，能够避免外部气体进入熔滴中，使焊接过程更为稳定；同时等离子弧对熔池金属的搅拌作用也有利于焊缝气体逸出。
2.相比于传统的等离子和熔化极气体保护焊复合焊枪，本装置结构简单且焊枪整体体积较小，焊枪拆卸方便，能够对易损部位定期做维护及快捷更换。提高了焊枪的使用稳定性及寿命。
3.相比于传统的等离子和熔化极气体保护焊复合焊枪，本设计只需对传统MIG焊枪前部进行细微改造，再加装等离子弧焊枪模组即可实现两种热源的复合，焊枪制造成本显著降低，更有利于在工业生产中普及应用。
附图说明
图1是本发明的复合焊接装置结构图。
图2是本发明的电气系统原理图。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例进一步说明：
实施例1
如图1所示，一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置，焊枪上喷嘴1由常规熔化极气体保护焊焊枪的喷嘴改造而来，具体的改造做法是将常规熔化极气体保护焊焊枪喷嘴的下端截去25～35mm，在剩余喷嘴部分的下端加工10mm的螺纹。焊枪上喷嘴1替换常规GMAW焊枪的喷嘴，装配到常规熔化极气体保护焊焊枪上。焊枪上喷嘴1与电木绝缘层2通过螺纹副连接，电木绝缘层2内壁通过螺纹连接有铜电极水冷槽10，铜电极水冷槽10的下端通过螺纹副连接有铜电极8，电木绝缘层2下端的外壁上通过螺纹连接有拘束喷嘴5，拘束喷嘴5下端的外壁上通过螺纹连接有保护喷嘴7，保护喷嘴7壁上钻有一孔，该孔处焊接有进气管6，在拘束喷嘴5上具有用于和保护喷嘴7旋和的螺纹，在螺纹圆周上均匀分布有一定数量的凹槽，作为气流的通道。在焊枪上喷嘴1的内部同轴布置有导电嘴夹12，导电嘴夹12下端通过螺纹副连接有导电嘴11，焊丝13从焊枪轴心处依次穿过导电嘴夹12、导电嘴11、铜电极8、拘束喷嘴5。电木绝缘层2和铜电极水冷槽10在壁上相对的位置钻有两个通孔，一个通孔处焊接有进水管3，另一个通孔处焊接有串联水管9的始端。拘束喷嘴5在壁上相对的位置亦钻有两个通孔，一个通孔处焊接有串联水管9的终端，另一个通孔处焊接有出水管4。
如图2所示，在使用本装置进行等离子和熔化极气体保护焊复合焊接时，原先作为熔化极气体保护焊焊枪的保护气在本装置中作为离子气，由进气管6通入的气流为保护气。焊接电源系统由两路电源构成，一路熔化极气体保护焊电源接在导电嘴11与工件之间，为熔化极气体保护焊起弧和维弧电源；一路TIG电源接在铜电极8和工件之间，为等离子弧起弧和维弧电源。焊接时首先通入离子气和保护气，而后通过接触引弧引燃熔化极气体保护焊电弧，此时将焊丝回抽使熔化极气体保护焊电弧向上爬升，当电弧达到一定高度时即可引燃等离子弧。即可在熔化极气体保护焊和等离子弧复合热源作用下进行焊接。进水管3、串联水管9、出水管4和电木绝缘层2、铜电极水冷槽10以及拘束喷嘴5形成串联水路，在焊接过程中对焊枪进行冷却。

Claims (3)

1.一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置，包括焊枪上喷嘴(1)、电木绝缘层(2)、进水管(3)、出水管(4)、拘束喷嘴(5)、进气管(6)、保护喷嘴(7)、铜电极(8)、串联水管(9)、铜电极水冷槽(10)、导电嘴(11)、导电嘴夹(12)和焊丝(13)，其特征在于：焊枪上喷嘴(1)与电木绝缘层(2)通过螺纹副连接，电木绝缘层(2)内壁通过螺纹连接有铜电极水冷槽(10)，铜电极水冷槽(10)的下端通过螺纹副连接有铜电极(8)，电木绝缘层(2)下端的外壁上通过螺纹连接有拘束喷嘴(5)，拘束喷嘴(5)下端的外壁上通过螺纹连接有保护喷嘴(7)，在焊枪上喷嘴(1)的内部同轴布置有导电嘴夹(12)，导电嘴夹(12)下端通过螺纹副连接有导电嘴(11)，焊丝(13)从焊枪轴心处依次穿过导电嘴夹(12)、导电嘴(11)、铜电极(8)、拘束喷嘴(5)。
2.根据权利要求1所述的一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置，其特征在于：所述电木绝缘层(2)上焊接有进水管(3)，拘束喷嘴(5)上焊接有出水管(4)，保护喷嘴(7)上焊接有进气管(6)，在电木绝缘层(2)和拘束喷嘴(5)的同一纵截面内焊接有两个串联水管(9)，通过胶管将两个串联水管(9)串联起来。
3.根据权利要求1所述的一种结构简易的等离子和熔化极气体保护焊复合焊接装置，其特征在于：本装置的焊接电源系统由两路电源组成，一路电源在焊丝(13)与工件之间，用于产生并维持熔化极气体保护焊电弧，一路电源在铜电极(8)和工件之间，用于产生并维持等离子弧；焊接时采用短路起弧的方式建立起熔化极气体保护焊电弧后，电弧空间被加热，然后依靠焊丝(13)与工件之间的电场击穿熔化极气体保护焊电弧外围、铜电极(8)附近空间炽热的气体，形成等离子弧；在熔化极气体保护焊与等离子弧的共同作用下，实现等离子和熔化极气体保护焊的复合热源焊接。
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