CN105478974A - 一种转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪 - Google Patents

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于江
王波
邹俊
张文杰
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Harbin Institute of Technology Weihai
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Abstract

本发明公开了一种转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，属于焊接设备技术领域。该转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪包括绝缘相连的上枪体和下枪体；上枪体和下枪体之间穿设有钨电极；上枪体内设有夹持钨电极的电极夹头；电极夹头转动装配于上枪体内，电极夹头上固定套有集电环，上枪体壁上安装有与集电环连接的电刷；电极夹头上部转动连接有直流调速电机。该转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪实现电弧燃烧稳定并避免了因高频电弧喷嘴内壁局部燃烧造成的喷嘴烧损现象，减少气孔的形成并细化焊缝区域的晶粒，提高焊缝组织性能。

Description

一种转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪
技术领域
本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪。
背景技术
等离子弧焊接是一种高质量焊接方法，电弧经过机械压缩与热收缩和电磁收缩后形成等离子弧，其能量密度急剧提高（可达105-106W/cm2），具有能量集中、电弧挺直性好、焊接效率高等优点。与钨极惰性气体保护焊（TIG）焊接方法相比，能够实现更大的熔深。特别是在电流增大到一定范围以后，可以实现等离子弧从母材表面侧向里面侧贯通的焊接方式，俗称小孔焊接(keyholewelding)，此时可以实现单面焊双面成形，因此在工业中得到了广泛应用。
等离子弧焊接过程中，非转移弧在钨极与水冷喷嘴之间产生，一般要求非转移弧的高频火花布满喷嘴周围75%-80%以上，但实际焊接过程中，往往会因为电极偏心等问题引起双弧现象，高频电弧在水冷喷嘴内壁上局部燃烧造成喷嘴烧损并影响焊缝成型；其次，等离子弧电弧挺度好、冲力大，极易将气体带入焊缝熔池中，熔池凝固后形成气孔，造成焊缝缺陷；同时由于等离子弧热量集中，焊接过程中热输入较大，造成焊缝区域晶粒粗大，焊接接头区域机械性能降低。如何在利用等离子弧焊接原有优点的基础上，避免因电极偏心产生的喷嘴烧损、降低焊缝区域的气孔率并改善熔池区域晶粒粗大是亟待解决的问题。
现有技术中，公告号为CN202715950U的中国专利公开了一种等离子焊枪，该等离子焊枪包括压盖、上枪体、下枪体、钨极夹、钨极、内喷嘴和外喷嘴，所述上枪体和下枪体相连，上枪体和下枪体之间设有隔离套，压盖设置在上枪体的上部，钨极夹的上端设置在上枪体内，钨极夹的下端设置在下枪体内，钨极通过钨极夹夹持在上枪体和下枪体内，内喷嘴设置在下枪体的下端，外喷嘴设置在下枪体下端内喷嘴的外侧，内喷嘴和外喷嘴之间形成环形空间，上枪体的上部设有等离子气通道，上枪体的下部设有上枪体冷却通道，下枪体的内侧设有下枪体冷却通道，下枪体的外侧设有保护气通道，保护气通道的出口与内喷嘴和外喷嘴之间的环形空间相连通。该等离子焊枪存在高频电弧在水冷喷嘴内壁上局部燃烧造成喷嘴烧损并影响焊缝成型及焊接接头区域机械性能降低造成焊缝有缺陷等问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，该转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪可实现电弧稳定燃烧并可避免因高频电弧喷嘴内壁局部燃烧造成的喷嘴烧损现象，减少气孔的形成并细化焊缝区域的晶粒，提高焊缝的组织性能。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，包括绝缘相连的上枪体和下枪体；上枪体和下枪体之间穿设有钨电极；上枪体内设有夹持钨电极的电极夹头；所述电极夹头转动装配于上枪体内，在所述上枪体上安装有与所述电极夹头传动连接的直流调速电机，在所述电极夹头外还固定套装有集电环，在所述上枪体的侧壁上安装有与所述集电环电连接的石墨电刷。
所述直流调速电机通过绝缘联轴器与电极夹头同轴连接。
所述直流调速电机通过支架固定安装在所述上枪体上。
所述电极夹头通过底部轴承与上枪体转动装配，通过顶部轴承与所述支架转动装配。
所述钨电极端部为圆台状，圆台基于钨电极中心轴线上对称；所述钨电极直径1-5mm，圆台的端面直径范围为1-4mm。
所述上枪体与下枪体通过绝缘支架绝缘相连。
所述上枪体的侧壁的顶部和底部设有冷却水入口和冷却水出口；上枪体侧壁的冷却水出口下方设有等离子气入口。
所述下枪体安装有喷嘴和保护气罩。
本发明的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，包括绝缘相连的上枪体和下枪体；上枪体和下枪体之间穿设有钨电极；上枪体内设有夹持钨电极的电极夹头；所述电极夹头转动装配于上枪体内，电极夹头上固定套有集电环，上枪体壁上安装有与集电环连接的石墨电刷；所述电极夹头上部转动连接有调节电极夹头转速的直流调速电机。本发明转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪在焊接过程中通过直流调速电机带动钨电极高速自转同时带动非转移弧与转移弧的高速自转。首先，非转移弧沿焊枪水冷喷嘴内壁旋转时，使得高频电弧在水冷喷嘴内的燃烧面积增大，从而使得电弧燃烧稳定并避免了因高频电弧喷嘴内壁局部燃烧造成的喷嘴烧损现象。其次，由于转移弧的高速旋转可实现对熔池的搅拌与震荡，从而减少气孔的形成并细化焊缝区域的晶粒，提高焊缝的组织性能，实现焊缝质量的提高与优化。
附图说明
图1为本发明转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪的结构示意图；
图2为图1中钨电极工作端正视图；
图3为图1中钨电极工作端仰视图；
图4为本发明转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪的工作原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪的具体实施例如图1、图2、图3和图4所示。
本实施例的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪的枪体101包括上枪体17、下枪体14、电极夹头4及钨电极8，其中，上枪体17和下枪体14通过绝缘支架11固定连接，钨电极8纵向穿设于上枪体17和下枪体14中，用于夹持固定钨电极8的电极夹头4转动装配在上枪体17内，并在上枪体17上安装有与电极夹头4传动连接的直流调速电机1。在电极夹头4的中部还固定有套装有一个集电环6，在上枪体17的侧壁上固定有与集电环6电连接的石墨碳刷7。本实施例中，直流调速电机1通过支架3固定安装在上枪体17的上端部，电极夹头4的上部通过顶部轴承19与支架3转动装配，电极夹头4的下部通过底部轴承18与上枪体17转动装配，直流调速电机1的转轴通过绝缘联轴器2与电极夹头4同轴连接。在上枪体17侧壁的顶部和底部还分别设有冷却水入口5和冷却水出口9；在上枪体17侧壁上位于冷却水出口9的下方设有等离子气入口10。下枪体14设有喷嘴16和保护气罩15，下枪体14侧壁设有喷嘴冷却水入出口12，喷嘴冷却水入出口12下方设有保护气入口13；绝缘支架11内设有与上枪体17和下枪体14配合穿设钨电极8的空腔和等离子气通道。
具体应用中，钨电极8直径为2.4mm，其末端为圆台状，该圆台的端面直径为1mm，圆台锥度为60°，该圆台基于钨电极8中心轴线上对称。集电环6的表面粗糙度轮廓算术平均偏差Ra和微观不平度十点高度Rz的值均不超过3.2μm。
在上述实施例中，直流调速电机1和上枪体17之间设有支撑直流调速电机1的电机支架3，本发明的其它实施例中也可省去电机支架3和顶部轴承19，直接采用上枪体17支撑直流调速电机1。
在上述实施例中，电极夹头4通过轴承与上枪体17转动连接，在本发明的其它实施例中，电极夹头4也可通过转动轴套等方式与上枪体17转动装配。
在上述实施例中，钨电极8直径为2.4mm，在实际应用中，钨电极8直径在1-5mm范围内均可以使用，钨电极8末端圆台端面直径的范围为1-4mm。
焊接过程中，转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪配合等离子电源使用，钨电极8设定的旋转速度为5000rpm。
本发明的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪对钨电极8及喷嘴16采用循环水进行冷却，从而在焊接过程中尽可能保持钨电极8端部的圆台形状。焊接时，如图4所示，首先打开直流调速电机1的电源，利用电机调速器102设定直流调速电机1的转速为5000rpm，直流调速电机1带动钨电极8高速稳定旋转后，开启冷却水循环系统，等离子电源103通过起弧控制器104高频起弧成功，当电弧稳定后进行正式焊接，钨电极8高速自转同时带动非转移弧300与转移弧400高速自转。焊接结束后，先息弧，然后关闭直流调速电机1。
本发明的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪整体结构简单、使用方便，其在焊接过程中通过直流调速电机带动钨电极高速自转，利用钨电极的自转带动非转移弧与转移弧高速自转。非转移弧沿焊枪水冷喷嘴内壁旋转时，使得高频电弧在水冷喷嘴内的燃烧面积增大，从而使得电弧燃烧稳定并避免了因高频电弧喷嘴内壁局部燃烧造成的喷嘴烧损现象。其次由于转移弧的告诉旋转可实现对熔池的搅拌与震荡，从而减少气孔的形成并细化焊缝区域的晶粒，提高其组织性能。

Claims (6)

1.一种转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，包括绝缘相连的上枪体和下枪体；上枪体和下枪体之间穿设有钨电极；上枪体内设有夹持钨电极的电极夹头；其特征在于：所述电极夹头转动装配于上枪体内，在所述上枪体上安装有与所述电极夹头传动连接的直流调速电机，在所述电极夹头外还固定套装有集电环，在所述上枪体的侧壁上安装有与所述集电环电连接的石墨电刷。
2.根据权利要求1所述的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，其特征在于：所述直流调速电机通过绝缘联轴器与电极夹头同轴连接。
3.根据权利要求1所述的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，其特征在于：所述直流调速电机通过支架固定安装在所述上枪体上。
4.根据权利要求3所述的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，其特征在于：所述电极夹头通过底部轴承与上枪体转动装配，通过顶部轴承与所述支架转动装配。
5.根据权利要求1所述的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，其特征在于：所述钨电极端部为圆台状，圆台基于钨电极中心轴线上对称；所述钨电极直径1-5mm，圆台的端面直径范围为1-4mm。
6.根据权利要求1所述的转移弧与非转移弧同步自转式等离子焊枪，其特征在于：所述上枪体与下枪体通过绝缘支架绝缘相连。
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