CN105312739A - 一种适用于窄间隙坡口的tig焊接装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置及其焊接方法，所述焊接装置包括：焊枪（1）以及位于所述焊枪（1）后侧的保护单元（2），所述保护单元（2）用于喷射保护气体对所述焊枪（1）的焊接区域进行气体保护，其中，所述焊枪（1）中的钨极（13）且焊接时，可直接插入到所述窄间隙坡口（3）的底部；该TIG焊接装置及其焊接方法克服了传统焊枪在窄间隙焊接中焊接位置不可达的缺陷，同时对焊接区域进行气体保护，具有结构简单，设计合理，制造成本低，焊接效果好等优点。

Description

一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置及其焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，特别提供了一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置及其焊接方法。

背景技术

近些年来，随着材料科学的发展，一些高性能的材料，例如钛合金、不锈钢等，越来越多的用于锅炉泵罐、船舶舰艇等设备的制造过程中，其中往往涉及到厚板材料的焊接问题。TIG电弧焊应用范围广、操作简单、环境适应性强，尤其适合于钛合金、不锈钢等难焊材料的焊接，焊接质量高。同时在厚板材料焊接时采用窄间隙坡口，可以减小热量输入进而提高焊缝的质量，克服厚板焊接过程中应力变形大的问题。因此，为了获得高质量的厚板对接焊缝，窄间隙TIG焊接是较为理想的焊接方法。

所谓窄间隙坡口是指坡口深宽比大于等于3的坡口形式，这样的坡口结构使得现有的TIG焊枪无法伸入坡口之中，即使焊枪头部勉强能够伸入坡口中，也可能由于坡口空间限制而使焊枪位置、姿态难于调整，对侧壁的熔化不利，易造成未熔合缺陷，同时由于保护性氩气是从焊枪底部喷出的，焊枪无法在坡口中伸展会影响保护氩气在坡口中的流动，对焊接区域的保护不良，使得焊接效果变差。

因此，研发一种有效的TIG焊接装置，实现窄间隙条件下厚板材料的焊接，同时对焊接区域形成有效的保护，得到高质量的焊接接头，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置及其焊接方法，以解决以往在焊接窄间隙坡口时，焊枪头部受坡口空间限制，位置、姿态难于调整，导致焊接质量差等问题。

本发明一方面提供了一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其特征在于，包括：焊枪1，以及位于所述焊枪1后侧的保护单元2，所述保护单元2用于喷射保护气体对所述焊枪1的焊接区域进行气体保护；

其中，所述焊枪1包括：

枪体11；

夹持件12，设置于所述枪体11的内部；

钨极13，其一端由所述夹持件12夹持于所述枪体11的内部与电缆线连接，另一端向下延伸至所述枪体11的外部，且焊接时，所述钨极13位于所述枪体11外部的一端可直接插入到所述窄间隙坡口3的底部。

优选，所述枪体11包括：

枪身111，其侧壁上设置有焊枪保护气进口1111；

保护气喷嘴112，其位于所述枪身111的下方，且与所述枪身111一体连接，所述保护气喷嘴112的上部为倒置的圆台形，下部为圆柱形。

进一步优选，所述枪体11与所述钨极13同轴设置。

进一步优选，所述保护单元2包括：

伸入所述窄间隙坡口3中的喷气铜管21；

以及浮在所述窄间隙坡口3上方的焊接托罩22，所述焊接托罩22上设置有托罩保护气进口221，所述焊接托罩22的底面为网状丝结构。

进一步优选，所述喷气铜管21整体呈类L型，其上端为铜管保护气进口，下端两侧间隔设置有铜管保护气出口211。

进一步优选，所述焊接托罩22上设置有贯穿上下的安装孔，所述喷气铜管21穿过所述安装孔后伸入所述窄间隙坡口3中。

本发明另一方面还提供了一种焊接窄间隙坡口的方法，其特征在于，具体为：

1）向所述焊接窄间隙坡口的底部持续喷入保护气；

2）待所述焊接窄间隙坡口的底部充满保护气后，在所述窄间隙坡口的上方，位于焊枪的后侧和底部向下持续喷入保护气；

3）将焊枪中钨极直接插入所述焊接窄间隙坡口底部，通过钨极和焊接工件间引燃电弧，由电弧熔化焊丝和工件，沿所述窄间隙坡口的长度方向进行焊接工作。

优选，所述步骤3）为沿所述窄间隙坡口高度方向，由下至上逐层焊接，首层焊接结束后，缩短焊枪中钨极插入所述焊接窄间隙坡口的长度，然后沿所述窄间隙坡口的长度方向继续进行下一层的焊接，以此往复，直至焊接结束。

进一步优选，所述保护气体为氩气。

本发明提供的适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，通过焊枪中与电缆线连接的钨极与焊接工件间引起电弧，形成焊接电流回路，由电弧熔化焊丝和工件进行焊接工作，同时，由位于焊枪后侧的保护单元喷射保护气体，对焊接区域进行气体保护。其中，焊接时，钨极可直接插入到窄间隙坡口的底部，钨极直径比坡口宽度小很多，这样为钨极位置的调整提供很大的空间，为电弧的左右摆动提供可能，解决了以往由于焊枪头部受坡口空间限制，位置、姿态难于调整，导致焊接质量差的问题。

本发明提供的焊接方法，通过将钨极直接插入到窄间隙坡口的底部，可以方便钨极位置的调整，实现电弧的左右摆动，方便窄间隙坡口的焊接工作，同时还在焊枪的底部、后侧以及坡口的底部喷射保护气体，形成一道天然的屏蔽气槽，在焊接区域形成立体保护，保障焊接的质量。

本发明提供的适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置及其焊接方法，克服了传统焊枪在窄间隙焊接中焊接位置不可达的缺陷，同时对焊接区域进行气体保护，具有结构简单，设计合理，制造成本低，焊接效果好等优点。

附图说明

图1为焊接装置与窄间隙坡口的布置示意图；

图2为焊接装置的内部结构剖切示意图。

具体实施方式

下面以具体的实施方案对本发明进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。

为了解决厚板材料焊接困难的问题，尤其是针对坡口深宽比大、焊接性较差的材料，以往的焊接装置经常受到坡口空间限制，位置、姿态难于调整，导致焊接质量差等问题。本实施方案提供了一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其在焊接窄间隙坡口时，能够获得较好的焊接质量，具体结构可参见图1、图2，包括两个主要单元，前侧的焊枪1和后侧的保护单元2（这里所述的前侧和后侧是相对于焊枪的焊接方向而言，本发明中未做特殊说明，前、后均是相对焊接方向而言），其中，焊枪1主要用于焊接的工作，而保护单元2主要用于喷射保护气体对焊枪1的焊接区域进行气体保护，保障焊接质量。

由于以往焊接装置中的焊枪，在焊接窄间隙坡口时，由于坡口的宽度较窄，传统TIG焊枪的陶瓷喷嘴，无法插入到窄间隙坡口，即使可以勉强插入，但受坡口空间限制，位置、姿态难于调整，导致焊接质量变差，因此，为了解决该问题，本实施方案中的焊枪1具体结构可参见图2，包括：枪体11，在枪体11内部设置有夹持件12，且夹持件12将钨极13一端夹持于枪体11的内部与电缆线5连接，钨极13另一端向下延伸至枪体11的外部，且焊接时，钨极13位于枪体11外部的一端可直接插入到窄间隙坡口3的底部进行焊接工作，且钨极13伸出枪体11外部的长度可调，适用于不同深度的坡口，适应性广，在一条焊缝的焊接过程中，可以通过逐次缩短钨极方法实现多层焊；而钨极在坡口中的左右摆动，更利于电弧熔化侧壁，提高焊缝质量。

参见图2，枪体11具体包括枪身111以及一体连接于枪身111下方的保护气喷嘴112，在枪身111的侧壁上设置有焊枪保护气进口1111，用于与保护气气源连接，而保护气喷嘴112的上部为倒置的圆台形，下部为圆柱形，其中，上部的倒置圆台形设计，是为了从焊枪保护气进口1111进入的保护气进行聚拢，然后由圆柱形下部喷射出来，提高保护效果，使钨极整体处于保护环境中，优选，所述枪体11与所述钨极13同轴设置。而倒置圆台是指沿着圆台的轴线方向由上至下，其口径逐渐递减。

参见图1、图2，保护单元2包括：伸入窄间隙坡口3中的喷气铜管21以及浮在窄间隙坡口3上方的焊接托罩22，且焊接托罩22上设置有托罩保护气进口221，焊接托罩22的底面为网状丝结构，优选，喷气铜管21整体呈类L型，其上端为铜管保护气进口，下端两侧间隔设置有铜管保护气出口211；其中的保护气体为氩气。

该保护单元2中喷气铜管21喷出的保护气体会沉积在坡口的底部，同时由于窄间隙坡口侧壁陡峭，形成一道天然的屏蔽气槽，保护气聚集在坡口中长期不散去；焊接托罩22配合焊枪喷出的气体会在坡口上方形成保护屏障，这样便形成了对钨极及焊接区域的立体保护。对于易于氧化的材料，可以将铜管和焊接托罩做长，在焊枪经过后，对区域形成持久的保护。

为了实现保护单元2的整体性，作为技术方案的改进，在焊接托罩22上设置有贯穿上下的安装孔，喷气铜管21穿过所述安装孔后伸入所述窄间隙坡口3中。

本方案提供了一种焊接窄间隙坡口的方法，具体为：

1）向所述焊接窄间隙坡口的底部喷入保护气；

2）待所述焊接窄间隙坡口的底部充满保护气后，在所述窄间隙坡口的上方，位于焊枪的后侧和底部向下喷入保护气；

3）将焊枪中钨极直接插入所述焊接窄间隙坡口底部，通过钨极和焊接工件间引燃电弧，由电弧熔化焊丝和工件，沿所述窄间隙坡口的长度方向进行焊接工作。

对于深度较高的坡口而，步骤3）具体为：沿所述窄间隙坡口高度方向，由下至上逐层焊接，首层焊接结束后，缩短焊枪中钨极插入所述焊接窄间隙坡口的长度，然后沿所述窄间隙坡口的长度方向继续进行下一层的焊接，以此往复，直至焊接结束。

优选，所述保护气体为氩气。

上述各个实施方案着重强调不同之处，其相似部分可以相互参见，不影响技术效果的产生。

下面以一个优选的实施例对本发明进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。

实施例1

一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，该装置各结构的布置如图1所示，焊接前工件所开坡口结构为窄间隙坡口3，坡口窄而深。焊枪1中的枪体11位于坡口上方，细而长的钨极13伸入到坡口中，距离坡口底面5-10mm，在焊枪1的前方，是自动送丝装置，焊接过程中随着焊枪1移动持续提供焊丝4。焊枪1的后侧是保护单元2，包括一根插入坡口中并跟随在钨极13后方的喷气铜管21，以及浮在坡口上方并跟随在枪体1后面的焊接托罩22。

如图2所示部分结构剖切图，焊接开始前，将电缆线5通过电源与工件连接，首先接通喷气铜管21中的氩气，氩气通过进口流进铜管，从喷气铜管21下端两侧的铜管保护气出口211流到坡口底部，一段时间后，待氩气充满坡口底部，氩气接通托罩保护气进口221和焊枪保护气进口1111，流入焊枪保护气进口1111的氩气通过焊枪的保护气喷嘴112流出，同时流入托罩保护气进口221的氩气在经过网状结构222时，会均匀分散开，铺满托罩底部，这样形成了对坡口上方的惰性气体保护气氛。

焊接开始，电源对钨极施加高频激励，钨极和工件间放电引燃电弧，电缆线5是与夹持钨极13的夹持件12相连，钨极和工件间形成闭合回路，电弧得以持续燃烧。送丝机构开始送丝，焊丝4持续送入电弧中，焊丝熔化，并与熔化的工件材料熔合。焊枪、送丝机构与保护单元同时沿着坡口向前移动，熔化的焊丝持续与工件熔合，形成一道连续的焊缝。

整体焊接装置沿着坡口走过一遍后，在坡口底部形成一定厚度的焊缝，缩短钨极13长度，装置重新回到坡口起始处，同样的步骤完成下一层焊缝的焊接。重复上述过程，直至熔融的焊丝填满整个坡口，完成厚板结构的焊接。

本装置中钨极长度可调，对于不同坡口深度适应较强，而且由于钨极直径相对于坡口宽度很小，钨极在坡口中可以进行位置和姿态的调整，可利用这一位置调整装置，实现焊枪在沿坡口前进的同时，沿着坡口切向左右摆动，这样有利于电弧熔化坡口侧壁，得到更好的焊接效果。

Claims (9)

1.一种适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其特征在于，包括：焊枪（1），以及位于所述焊枪（1）后侧的保护单元（2），所述保护单元（2）用于喷射保护气体对所述焊枪（1）的焊接区域进行气体保护；

其中，所述焊枪（1）包括：

枪体（11）；

夹持件（12），设置于所述枪体（11）的内部；

钨极（13），其一端由所述夹持件（12）夹持于所述枪体（11）的内部与电缆线连接，另一端向下延伸至所述枪体（11）的外部，且焊接时，所述钨极（13）位于所述枪体（11）外部的一端可直接插入到所述窄间隙坡口（3）的底部。

2.按照权利要求1所述适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其特征在于，所述枪体（11）包括：

枪身（111），其侧壁上设置有焊枪保护气进口（1111）；

保护气喷嘴（112），其位于所述枪身（111）的下方，且与所述枪身（111）一体连接，所述保护气喷嘴（112）的上部为倒置的圆台形，下部为圆柱形。

3.按照权利要求2所述适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其特征在于：所述枪体（11）与所述钨极（13）同轴设置。

4.按照权利要求1所述适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其特征在于，所述保护单元（2）包括：

伸入所述窄间隙坡口（3）中的喷气铜管（21）；

以及浮在所述窄间隙坡口（3）上方的焊接托罩（22），所述焊接托罩（22）上设置有托罩保护气进口（221），所述焊接托罩（22）的底面为网状丝结构。

5.按照权利要求4所述适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其特征在于：所述喷气铜管（21）整体呈类L型，其上端为铜管保护气进口，下端两侧间隔设置有铜管保护气出口（211）。

6.按照权利要求4所述适用于窄间隙坡口的TIG焊接装置，其特征在于：所述焊接托罩（22）上设置有贯穿上下的安装孔，所述喷气铜管（21）穿过所述安装孔后伸入所述窄间隙坡口（3）中。

7.一种焊接窄间隙坡口的方法，其特征在于，具体为：

向所述焊接窄间隙坡口的底部持续喷入保护气；

待所述焊接窄间隙坡口的底部充满保护气后，在所述窄间隙坡口的上方，位于焊枪的后侧和底部向下持续喷入保护气；

3）将焊枪中钨极直接插入所述焊接窄间隙坡口底部，通过钨极和焊接工件间引燃电弧，由电弧熔化焊丝和工件，沿所述窄间隙坡口的长度方向进行焊接工作。

8.按照权利7所述焊接窄间隙坡口的方法，其特征在于，所述步骤3）为沿所述窄间隙坡口高度方向，由下至上逐层焊接；首层焊接结束后，缩短焊枪中钨极插入所述焊接窄间隙坡口的长度，然后沿所述窄间隙坡口的长度方向继续进行下一层的焊接，以此往复，直至焊接结束。

9.按照权利要求7所述焊接窄间隙坡口的方法，其特征在于：所述保护气体为氩气。