CN108838492B - 一种干冰强冷钨极的gtaw焊枪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钨极氩弧焊焊枪，公开了一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，包括一体成型的枪体和钨极座，枪体顶部连接设有出气孔的尾盖，枪体内部设有内套筒，内套筒上部的排气道连接于出气孔，下部的倒置漏斗状结构开设落料孔；枪体与内套筒之间的焊枪内腔室填充有固定干冰；钨极座顶部设置有内陷式圆锥顶，内陷式圆锥顶与倒置漏斗状结构之间构成用于固体干冰升华的反应室；钨极座外部设置有气罩，气罩与钨极座之间构成镇静室；气罩两侧对称安装有第一进气管和第二进气管；钨极座底端安装有钨极和钨极铜套。本发明能够对焊枪枪体尤其是焊枪头部钨极强烈冷却，在宽电流范围内压缩电弧根部，增加电弧的拘束效应，增强电弧的穿透能力，最终提高焊接效率。

Description

一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪
技术领域
本发明涉及一种钨极氩弧焊焊枪，具体的说，是涉及一种基于阴极压缩效应改善电弧性能，利用干冰强冷钨极的GTAW焊枪。
背景技术
钨极氩弧焊(GTAW)作为近现代发展起来的焊接方法，因其具备焊接质量优良与适用面广泛两大特质，符合当代焊接需求，得以在工业生产中广泛应用。但是由于GTAW焊以自由电弧为热源，因此具有熔深较浅、焊速小、焊接效率低等缺点。为了提高焊接效率，节省焊接制造成本，需要对GTAW焊进行优化改进。
拘束电弧直径能够提高电弧能量密度和电弧压力，从而显著地增加熔深，最终大幅度提高焊接效率。压缩阴极是减小弧柱直径的一条途径，其原理为：冷却钨极能够带走钨极热量，压缩高温区域面积，从而压缩电子发射区域，也就是压缩阴极区域面积，使得电弧根部集中在钨极尖端的极小区域；电流密度增加，电弧自身的磁压缩效应增强，可以压缩弧柱尺寸，从而改善电弧的热-力特性。简而言之，对钨极进行冷却，带走钨极热量，减小阴极区域面积，将电弧阴极区压缩到钨极尖端极小区域，可以缩小弧柱直径。
目前GTAW焊枪在小电流范围内多采用空气冷却，在大电流时多采用水冷，且大多只注重对焊枪枪体进行冷却，对焊枪头部钨极的冷却效果有限，对小电流范围内的电弧特性改善不明显，对电弧直径的拘束作用有待提高。
因此，从改进焊枪设计的角度，采用更有效的冷却方式，且增加对钨极头的冷却，可以更好地拘束电弧直径，提高焊接效率。
发明内容
本发明主要是对GTAW焊枪的电极冷却系统进行优化设计，提供一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，能够对焊枪枪体尤其是焊枪头部钨极进行强烈冷却，在宽电流范围内压缩电弧根部，增加电弧的拘束效应，增强电弧的穿透能力，最终达到提高焊接效率的目的。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，包括一体成型的枪体(4)和钨极座(6)，所述枪体(4)顶部螺纹连接有尾盖(1)，所述尾盖(1)中心设置有出气孔；所述枪体(4)内部中心设置有由所述尾盖(1)延伸至所述钨极座(6)的内套筒(3)，所述内套筒(3)上部为排气道(2)，下部为与所述排气道(2)连通的倒置漏斗状结构，所述漏斗状结构周向开设有多个均匀分布的落料孔(5)；所述排气道(2)与所述尾盖(1)的出气孔固定连接，所述倒置漏斗状结构坐落在所述钨极座(6)顶部；所述枪体(4)与所述内套筒(3)之间的焊枪内腔室(16)中填充有固定干冰；
所述钨极座(6)位于所述枪体(4)下部，其上部区段与所述枪体(4)外径相同，其中部区段相对于上部区段外径缩小；所述钨极座(6)的上部区段和中部区段设置有内陷式圆锥顶(7)，所述内陷式圆锥顶(7)在所述钨极座(6)顶部形成具有倒尖角截面的环形凹槽，固定干冰在焊枪使用时从所述焊枪内腔室(16)由所述落料孔(5)掉落，所述内陷式圆锥顶(7)与所述内套筒(3)的倒置漏斗状结构之间的空间构成用于固体干冰升华的反应室(15)；所述钨极座(6)的下部区段内部设置带有螺纹的安装孔；
所述钨极座(6)外部设置有气罩(14)，所述气罩(14)通过螺纹连接于所述钨极座(6)的上部区段外回转面，同时所述气罩(14)与所述钨极座(6)的中部区段外回转面之间环空构成镇静室(13)；所述气罩(14)两侧对称安装有第一进气管(8)和第二进气管(12)，所述第一进气管(8)和所述第二进气管(12)的进气口位于所述镇静室(13)上部，用于通入保护气体；
所述钨极座(6)底端安装有钨极(9)和钨极铜套(10)，所述钨极铜套(10)套装在所述钨极(9)外部并与所述所述钨极座(6)的安装孔螺纹连接，同时将所述钨极(9)固定在所述钨极座(6)底端。
优选地，所述枪体(4)上部设置有电缆接头(17)。
优选地，所述钨极座(6)的上部区段和中部区段均为圆柱体结构，下部区段为圆锥体结构；所述钨极座(6)的上部区段与所述枪体(4)一体连接，且其外回转面设置有外螺纹。
优选地，所述第一进气管(8)和所述第二进气管(12)下方在所述镇静室(13)内部安装有环形的气筛(11)，所述气筛(11)套装于所述钨极座(6)外部并由所述气筛(11)内回转面的台肩限位，所述气筛(11)环形均布有出气孔。
优选地，所述钨极铜套(10)为具有四个瓣体的弹性结构，所述钨极(9)顶部设置有凸台，所述钨极(9)的凸台卡在所述钨极铜套(10)顶端；述钨极铜套(10)通过螺纹旋入所述钨极座(6)的安装孔后，其四个瓣体收紧并与所述钨极(9)紧密贴合。
优选地，所述钨极(9)圆柱部分套在所述钨极铜套(10)内部，尖端部分伸出所述钨极铜套(10)。
本发明的有益效果是：
本发明通过干冰的升华作用降低焊枪整体，尤其是焊枪头部钨极的温度，比水冷方式更有效地吸收焊枪头部钨极的热量，强烈压缩阴极区域面积，拘束电弧根部直径，达到缩小弧柱直径、增加电弧的穿透能力的效果，最终使得本焊枪具有更好的穿透性，提高焊接过程的稳定性，增加焊接速度，显著提高焊接效率，节省焊接制造成本。
附图说明
图1是本发明所提供的干冰强冷钨极的GTAW焊枪的结构示意图；
图2是本发明所提供的干冰强冷钨极的GTAW焊枪中钨极铜套的结构示意图。
图中：1：尾盖；2：排气道；3：内套筒；4：枪体；5：落料孔；6：钨极座；7：内陷式圆锥顶；8：第一进气管；9：钨极；10：钨极铜套；11：气筛；12：第二进气管；13：镇静室；14：气罩；15：反应室；16：焊枪内腔室；17：电缆接头。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，本实施例提供了一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，由枪体4和钨极座6构成焊枪主体，钨极座6位于枪体4下部且与枪体4一体成型。
枪体4为圆筒状结构，其顶部的外回转面设置有外螺纹，用于与尾盖1螺纹连接。枪体4上部设置有电缆接头17，用于通过螺栓连接焊机电缆。
钨极座6可视为上部区段、中部区段和下部区段三部分，上部区段和中部区段均为圆柱体结构，下部区段为圆锥体结构。钨极座6的上部区段与枪体4一体连接，其上部区段的外径与枪体4的外径相同，且外回转面设置有外螺纹。钨极座6的中部区段的外径小于上部区段的外径，用于与气罩14之间构成环空作为镇静室13。钨极座6的上部区段和中部区段内部以轴线为中心设置有内陷式圆锥顶7(包括内陷孔及设置于内陷孔中的圆锥体)，从而在钨极座6的上部区段和中部区段内部形成具有倒尖角截面的环形凹槽，以形成较大的散热表面，达到尽量大的散热效果。钨极座6的下部区段内部设置有安装孔，安装孔上设置有内螺纹，用于安装钨极9和钨极铜套10。钨极座6上部直接加工为用于散热的腔体，下部紧密安装钨极9和钨极铜套10，不仅能够快速有效传热，而且使整个焊枪结构紧凑。
枪体4顶部螺纹连接有尾盖1，尾盖1的中心位置设置有出气孔。
枪体4内部中心设置有内套筒3，内套筒3由尾盖1延伸至钨极座6。枪体4与内套筒3之间的焊枪内腔室16中填充有固定干冰。内套筒3上部为细长管状的排气道2，下部为倒置漏斗状结构，排气道2与倒置漏斗状结构连通，使干冰升华形成的气体压力增大，由排气道2直接排出枪体4。倒置漏斗状结构周向开设有多个均匀分布的落料孔5，落料孔5孔径大于固体干冰的颗粒尺寸，有利于固体干冰顺利落下。排气道2顶端固定连接于尾盖1中心的出气孔，同时该连接起到紧固和定位内套筒3的作用。内套筒3下部的倒置漏斗状结构放置于环形凹槽周围的钨极座6顶部，由此，内套筒3下部的倒置漏斗状结构与钨极座6的内陷式圆锥顶7所形成的环形凹槽共同构成用于固体干冰升华的反应室15，由此构造反应室15的表面较大，有利于低温干冰与反应室15表面接触，达到最大散热效果。
钨极座6外部安装有气罩14，气罩14上部设置有内螺纹，与钨极座6的上部区段外回转面螺纹连接。气罩14与钨极座6的中部区段外回转面之间的环空构成镇静室13，用于缓冲保护气体气流。气罩14两侧对称安装有第一进气管8和第二进气管12，第一进气管8和第二进气管12的进气口位于镇静室13上部，使保护气体顺利进入镇静室。第一进气管8和第二进气管12下方在镇静室13内部安装有气筛11，气筛11为圆环形结构，套装于钨极座6的中部区段外回转面；气罩14的内回转面对应于气筛11设置有台肩，用于从下部对气筛11进行限位，气罩14在钨极座6上螺纹旋紧后，对气筛11同时进行固定。气筛11环形均匀分布有细小(直径为0.2mm左右)出气孔，以形成层流保护气体。
钨极座6端部安装有钨极9和钨极铜套10，钨极铜套10套装在钨极9外部，并且与钨极座6的安装孔通过螺纹连接，从而将钨极9锁紧固定。如图2所示，钨极铜套10具有由中部延伸至下端的四道沟槽，使钨极铜套10形成具有四个瓣体的弹性结构。钨极9顶部设置有凸台，钨极9由钨极铜套10上部向下穿过，其顶部凸台卡在钨极铜套10顶端。钨极铜套10通过螺纹旋入钨极座6的安装孔后，其四个瓣体收紧并与钨极9紧密贴合，钨极铜套10由紫铜制成，其材料导热能力强，且与钨极9接触面积大，能够较快地导出钨极9尖端的热量。钨极9包括上部的圆柱部分和下部的尖端部分，其圆柱部分的尾端全部或接近全部插入钨极铜套10内，只尖端部分伸出于钨极铜套10燃烧电弧，这样有利于钨极9的热量导入枪体4内部。
使用本焊枪时，第一进气管8和第二进气管12通入保护气体，保护气体进入镇静室13并通过气筛11均匀喷出气罩14，环绕在钨极9周围，形成等离体子，保护钨极9、电弧和熔池。同时焊枪内腔室16内的固体干冰从内套筒3下部的落料孔5落入反应室15中，在内套筒3与钨极座6之间的区域发生升华反应。干冰升华过程中，强烈冷却焊枪枪体4尤其是焊枪头部钨极9，强烈吸收钨极9的热量，使得钨极9尖端的高温面积收缩，也就是强制收缩阴极区，拘束电弧根部，增加电弧根部的电流密度，电弧自身的磁压缩效应增强，弧柱尺寸被压缩，从而改善电弧的热-力特性。同时，升华反应产生的CO2气体由出气道2排出枪体5。
在使用过程中，通过控制固体干冰的加入量，调节升华反应的时间长度，也就是根据焊缝长度来选择合适的干冰量。本发明通过干冰的升华作用，使得焊枪前端钨极9的温度降低至-40℃，干冰比水冷方式更有效地带走钨极9热量，产生比水冷更低的冷却温度，对阴极区产生更强的压缩程度，增大电弧的收缩程度，，使得电弧根部集中在钨极9尖端的极小区，更显著地改善电弧的热-力特性。一般的，较多的固体干冰能够发生更长时间的升华反应，能够焊接更长的焊缝。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，其特征在于，包括一体成型的枪体(4)和钨极座(6)，所述枪体(4)顶部螺纹连接有尾盖(1)，所述尾盖(1)中心设置有出气孔；所述枪体(4)内部中心设置有由所述尾盖(1)延伸至所述钨极座(6)的内套筒(3)，所述内套筒(3)上部为排气道(2)，下部为与所述排气道(2)连通的倒置漏斗状结构，所述倒置漏斗状结构周向开设有多个均匀分布的落料孔(5)；所述排气道(2)与所述尾盖(1)的出气孔固定连接，所述倒置漏斗状结构坐落在所述钨极座(6)顶部；所述枪体(4)与所述内套筒(3)之间的焊枪内腔室(16)中填充有固体干冰；
所述钨极座(6)位于所述枪体(4)下部，其上部区段与所述枪体(4)外径相同，其中部区段相对于上部区段外径缩小；所述钨极座(6)的上部区段和中部区段设置有内陷式圆锥顶(7)，所述内陷式圆锥顶(7)在所述钨极座(6)顶部形成具有倒尖角截面的环形凹槽，固体干冰在焊枪使用时从所述焊枪内腔室(16)由所述落料孔(5)掉落，所述内陷式圆锥顶(7)与所述内套筒(3)的倒置漏斗状结构之间的空间构成用于固体干冰升华的反应室(15)；所述钨极座(6)的下部区段内部设置带有螺纹的安装孔；
所述钨极座(6)外部设置有气罩(14)，所述气罩(14)通过螺纹连接于所述钨极座(6)的上部区段外回转面，同时所述气罩(14)与所述钨极座(6)的中部区段外回转面之间环空构成镇静室(13)；所述气罩(14)两侧对称安装有第一进气管(8)和第二进气管(12)，所述第一进气管(8)和所述第二进气管(12)的进气口位于所述镇静室(13)上部，用于通入保护气体；
所述钨极座(6)底端安装有钨极(9)和钨极铜套(10)，所述钨极铜套(10)套装在所述钨极(9)外部并与所述钨极座(6)的安装孔螺纹连接，同时将所述钨极(9)固定在所述钨极座(6)底端。
2.根据权利要求1所述的一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，其特征在于，所述枪体(4)上部设置有电缆接头(17)。
3.根据权利要求1所述的一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，其特征在于，所述钨极座(6)的上部区段和中部区段均为圆柱体结构，下部区段为圆锥体结构；所述钨极座(6)的上部区段与所述枪体(4)一体连接，且其外回转面设置有外螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，其特征在于，所述第一进气管(8)和所述第二进气管(12)下方在所述镇静室(13)内部安装有环形的气筛(11)，所述气筛(11)套装于所述钨极座(6)外部并由所述气筛(11)内回转面的台肩限位，所述气筛(11)环形均布有出气孔。
5.根据权利要求1所述的一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，其特征在于，所述钨极铜套(10)为具有四个瓣体的弹性结构，所述钨极(9)顶部设置有凸台，所述钨极(9)的凸台卡在所述钨极铜套(10)顶端；述钨极铜套(10)通过螺纹旋入所述钨极座(6)的安装孔后，其四个瓣体收紧并与所述钨极(9)紧密贴合。
6.根据权利要求1所述的一种干冰强冷钨极的GTAW焊枪，其特征在于，所述钨极(9)圆柱部分套在所述钨极铜套(10)内部，尖端部分伸出所述钨极铜套(10)。
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