CN109262117B - 一种高效冷却的锁孔效应tig深熔焊焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪，包括锥形的气嘴、定位螺母、钨极、电极头定位套、电极头外套、焊枪外筒、导电杆、电极头冷却进水口、保护气进气口、电极头冷却出水口、电极头、锁紧螺母、钨极冷却进水口、钨极冷却出水口。采用本发明，与传统的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪相比，不仅在外观方面做了改进，而且在焊枪的内部结构方面也做了比较大的创新，使改进后的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪不仅在外观结构方面更加的合理，而且使焊枪内部的冷却水循环结构、保护气体流动结构以及电流的传递结构都更加的合理。

Description

一种高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪

技术领域

本发明涉及一种焊枪，尤其涉及一种对开有小角度坡口焊缝进行焊接的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪。

背景技术

锁孔效应TIG深熔焊是在传统的TIG焊的基础上开发出来的一种新型的焊接方法，锁孔效应TIG深熔焊相较于传统的TIG焊，有意的增大了电弧的压力，使得电弧能够穿透焊接工件的下表面。当大电流形成的电弧力与工件下表面中的熔池液态金属的静压力和表面张力相平衡时，就会形成锁孔效应，使熔池中的液体金属围绕着锁孔流动，而不会导致液体金属滴落流失。应用锁孔效应TIG深熔焊对厚度较小的工件进行焊接时，能够实现不开坡口，单面一次焊透且双面成形，并且焊接速度快，焊接效率高。但对厚度较大的工件进行焊接时，由于工艺条件的限制，必须开有相应角度大小的坡口后再进行焊接。此时传统的TIG深熔焊焊枪由于结构上的缺陷，已无法满足对开有小角度坡口的焊缝进行焊接。

传统的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪，结构上一般采用上下直径相差不大的类圆柱形，采用这样结构的焊枪对开有小角度坡口的焊缝进行焊接时，由于焊枪无法深入到坡口的底部，所以无法完成相应的焊接工作(如图1所示)。所以有必要研究一种新型的焊枪结构，克服传统的TIG深熔焊焊枪结构上的缺陷，使其即能够对不开有坡口的焊缝进行焊接，同时也能够对开有坡口尤其是小角度的坡口进行焊接。

另外，传统的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪一般采用的是整体冷却的方式，并没有实现对发热较严重的钨极的冷却。使得钨极的使用寿命较小，更换钨极的次数增加，不仅使焊接的成本增加，而且使焊接效率降低。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪。可有效延长钨极的使用寿命、提高焊接效率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪，包括锥形的气嘴(2)、定位螺母(3)、钨极(4)、电极头定位套(6)、电极头外套(8)、焊枪外筒(9)、导电杆(11)、电极头冷却进水口(12)、保护气进气口(13)、电极头冷却出水口(14)、电极头(16)、锁紧螺母(17)、钨极冷却进水口(5)、钨极冷却出水口(18)；所述气嘴通过所述锁紧螺母固定设置于所述电极头外套下端；所述钨极与所述定位螺母过盈配合连接，所述定位螺母设置于所述电极头下端；所述电极头通过所述电极头定位套支撑设置于所述电极头外套内；所述焊枪外筒固定设置于所述电极头外套上端；所述电极头具有与所述电极头冷却进水口、所述电极头冷却出水口连通的电极头冷却循环通道；所述定位螺母具有与所述钨极冷却进水口、钨极冷却出水口连通的冷却腔；所述定位螺母与所述气嘴之间的间隙与所述电极头之间形成连通至所述保护气进气口的通道；所述导电杆与所述电极头电连接。

进一步地，还包括焊枪外筒定位套(15)，所述焊枪外筒定位套支撑于所述电极头外套内壁的凸缘上，且套设于所述电极头外周。

更进一步地，所述电极头与所述电极头外套之间具有连接所述电极头冷却循环通道的冷却腔。

更进一步地，所述电极头与所述电极头外套之间设置有密封套。

更进一步地，所述焊枪外筒顶部固定设置有密封盖。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明与传统的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪相比，不仅在外观方面做了改进，而且在焊枪的内部结构方面也做了比较大的创新，使改进后的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪不仅在外观结构方面更加的合理，而且使焊枪内部的冷却水循环结构、保护气体流动结构以及电流的传递结构都更加的合理。

附图说明

图1为本发明中的焊枪与原始焊枪在焊接小角度坡口焊缝时的对比图；

图2为本发明中的焊枪整体内部结构剖视图；

图3为本发明中的焊枪关键零部件电极头的外观图及剖视图；

图4为本发明中的焊枪整体结构图；

图5为本发明中的电极头冷却水流循环图；

图6为本发明中的钨极冷却水流循环图；

图7为本发明中的保护气体流动示意图；

图8为本发明中焊接电流传递示意图。

其中标号为：焊接工件1、气嘴2、定位螺母3、钨极4、钨极冷却进水口5、电极头定位套6、密封套7、电极头外套8、焊枪外筒9、密封盖10、导电杆11、电极头冷却进水口12、保护气进气口13、电极头冷却出水口14、焊枪外筒定位套15、电极头16、锁紧螺母17、钨极冷却出水口18。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参照图2所示的结构示意图。

本发明实施例的一种高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪，包括焊接工件1、气嘴2、定位螺母3、钨极4、钨极冷却进水口5、电极头定位套6、密封套7、电极头外套8、焊枪外筒9、密封盖10、导电杆11、电极头冷却进水口12、保护气进气口13、电极头冷却出水口14、焊枪外筒定位套15、电极头16、锁紧螺母17、钨极冷却出水口18。

气嘴2呈锥形结构，与传统焊枪的气嘴相比，具有更小的锥度，当对厚度比较大的焊接工件进行焊接时，需要开坡口进行焊接，本发明中小锥度气嘴设计正好满足了对开有坡口的工件进行焊接的需求。

气嘴2通过锁紧螺母17与电极头外套8的下端相连接。

定位螺母3与钨极4固定相连接，两者的连接方式采用的是过盈的连接方式，定位螺母3的钨极安装孔的直径要比钨极4的直径稍微的小一些，安装时通过挤压的方式，使钨极4插入到定位螺母3中的钨极安装孔中并依靠两者之间的摩擦力使两者固定在一起。由于两者采用的过盈的连接方式，所以如果在使用过程中出现钨极4损坏需要更换的情况下，一般不直接拆卸，而是通过松开锁紧螺母17将钨极4与定位螺母3作为一个整体替换掉，本实施方式的原因是由于钨极4在定位螺母3中形成了环形的冷却空间，将其作为一个整体替换掉能够保证更换完成以后冷却水在其形成的环形冷却空间流动时不泄漏，而如果仅仅只更换钨极4，由于两者之间的摩擦作用，很有可能会在两者之间形成冷却水泄漏的缝隙。因此，当两者之中的任意一个出现问题时，都是将两者作为一个整体直接更换掉。这样做虽然会使每次的更换零件成本有所增加，但是能够减少焊枪在使用过程中的故障率，总体而言，这样做能够降低焊接的加工成本，提高焊接效率。

定位螺母3的两端分别安装有钨极冷却进水口5和钨极冷却出水口18，水流从钨极冷却进水口5中进入，经环形冷却空间对发热的钨极进行冷却以后，最终从钨极冷却出水口流出。定位螺母3的另一个作用是与电极头16相连，两者的连接方式采用的是接触连接，如图2中的放大图所示。

电极头16通过焊枪外筒定位套15进行定位，通过电极头外套8和焊枪外筒9两者之间的螺纹连接来实现电极头16的固定，使其不能向上移动；具体而言，电极头外套8内壁的具有阶梯状的凸缘，用于支撑焊枪外筒定位套15，焊枪外筒定位套15紧密套设于电极头16外周，实现定位。

电极头外套8内具有和电极头定位套6配合支撑的台阶，用于保证焊枪向下方向的定位与固定，使电极头16位置的固定不变。

定位螺母3通过螺纹与钨极冷却进出水管相连接，钨极冷却进出水管通过紧密接触的方式与气嘴2相连接，这样就使得定位螺母3、钨极冷却进出水管5和18以及气嘴2相互连接成为了一个整体，并在锁紧螺母17的带动下，在锁紧螺母锁紧的过程中，会带动定位螺母3向上不断的移动，直到与固定不动的电极头16相紧密的接触，作为焊接电流传导的中间介质。

此外，由于锁孔效应TIG焊中焊接电流一般都比较得大，所以本发明中焊接电流传导的中间介质都做了绝缘保护，其中电极头定位套6、密封套7以及焊枪外筒定位套15采用的都是绝缘介质，保证焊接电流不会传递到电极头外套8和焊枪外筒9上，定位螺母3相连接的钨极冷却进出水管之间采用的也是绝缘连接，保证焊接电流不会外漏，避免产生安全隐患。

电极头外套8内部安装有密封套7和电极头定位套6；其密封套7的作用是当冷却水在电极头16与电极头外套8之间循环流动时，保证冷却水不外漏。其电极头定位套6的作用是保证电极头16与电极头外套8的相对安装位置。

焊枪外筒9通过螺纹与电极头外套8相连接，同时通过焊枪外筒定位套15保证两者的相对安装位置。密封盖10通过螺纹与焊枪外筒9相连接，以使焊枪的外部形成一个完整的壳体。所述导电杆11一端与电极头16相连接，另一端与外部电源相连接，也是作为传导焊接电流的一个中间介质。电极头冷却进水口12与电极头冷却出水口14分别通过插接的方式与电极头上端的进出水口相连接，通过水流在电极头内部的循环流动达到对发热的电极头冷却降温的目的。

保护气进气口13与电极头16相连接，通过电极头16内部的气体通道以及气嘴2等结构，保证保护气体顺利的到达焊接区域内。所述锁紧螺母17将气嘴2与电极头外套8相连接，保证使焊枪的各个部分能够灵活的拆卸与更换。

在本实施例中，焊接工件1为带有坡口的焊接工件，当使用锁孔效应TIG深熔焊对焊接工件进行焊接时，应先考虑焊接工件的厚度，一般来讲，对于13毫米厚以下的不锈钢，15毫米厚以下的钛合金焊接进行焊接时，可以实现无需填充焊丝无需开坡口，一次焊透，并且单面焊，双面成形，从而能够大大提高焊接效率，降低焊接成本。而对于焊件的厚度大于20毫米厚的焊接工件来讲，为使焊件能够焊透，必须在焊缝处开有一定角度大小的坡口，并且焊接时一般先采用锁孔效应TIG焊来进行打底焊，然后再采用其他的可以填充焊丝的焊接方法(如MIG焊、MAG焊或者埋弧焊等)进行盖面焊，两种焊接方法灵活的结合使用，能够使可焊接工件的厚度范围大大的增加。

在焊枪本身的冷却方面，区别于传统的焊枪冷却方式，在本发明中能够做到对焊接过程中焊枪内部发热元件的精确冷却，这样不仅仅提高了冷却效率，降低焊接加工的成本，而且由于焊枪本身能够保持恒定的工作温度，所以也能够大大的提高焊接的加工质量。具体来讲，在是对发热比较严重的电极头16本发明中焊枪的冷却分为两大部分，一部分进行冷却，另一部分是对钨极4进行冷却。如图5所示，是电极头在冷却过程中水流循环示意图，首先水流通过电极头进水口12进入电极头内部，通过电极头内部的水流通道从侧面流出电极头16，紧接着水流会流进由密封套7和电极头外套8形成的环形密封腔中，随着水流在环形密封腔中的流动，电极头16在工作过程中产生的热量会被流动的水流所带走，进一步地，温度升高的水流会沿着电极头16内部的另一条水流输出通道流出，经过外部的降温处理以后，再一次的流入电极头16内部进行降温，这样的水流的循环流动会源源不断的带走电极头16所产生的热量，以保证电极头16在工作过程中温度的恒定。为保证电极头16冷却过程中循环水不外漏，也采取了必要的密封措施，在电极头冷却进出水管与电极头之间采用的插接的连接方式，并且在电极头的进出水接口加工有齿纹，使电极头进出水管插入之后不易脱落，同时也起到了密封的作用；在电极头16与电极头外套8之间，为保证冷却水不外漏，采用了密封套进行了密封。如图6所示，是对发热也比较严重的钨极进行的冷却，由于钨极在焊接过程中是与焊接电弧直接接触，所以钨极在焊接过程中本身的温度是非常的高，虽然钨材料本身具有很强的耐高温的能力，但是如果长时间使钨极处于较高的温度下连续工作，也必然会大大的降低钨极的使用寿命，因此在本发明单独设计出了一条冷却通道来对发热量比较大的钨极进行单独的冷却。在冷却过程中，冷却水首先会进入钨极冷却进水口5中，经管道流入定位螺母3中，而在定位螺母3内部，由定位螺母3与钨极4形成了环形的冷却空间，冷却水流进入以后，会沿着此环形的冷却空间流动，带走钨极4本身所产生的热量，并沿着定位螺母3另一侧的钨极冷却出水口18流出，温度升高的冷却水流出来以后，会在焊枪的外部进行人工的降温处理，待温度降下来以后，会再次地进入钨极冷却进水口5中对钨极4进行冷却，如此循环往复的冷却水的流动，会持续不断的带走钨极本身所产生的热量，保证钨极本身在工作过程中温度的恒定。为保证冷却水对钨极4的循环冷却能够在密闭的环形空间内不泄漏的循环流动，本发明中在冷却水流动的各个零部件的接口处进行了密封处理，在钨极冷却进出水管5以及18和定位螺母3之间，通过在螺纹连接处添加密封垫来保证冷却水不外漏；在定位螺母3与钨极4形成的循环水环形冷却空间，通过两者的过盈配来保证了冷却水流的不外漏。由于在本发明中采用了两条循环冷却路线，与传统焊枪的单条循环冷却路线相比，在每条循环冷却路线流量相同的情况下，同样的时间条件下，本发明中的焊枪的降温效果是传统焊枪的两倍，也就是说，当采用本发明中的焊枪进行焊接的时候，能够采用更大的焊接电流来进行焊接，这也就意味着，被焊接工件的允许的最大焊接厚度会被增大，本发明中焊枪的加工应用范围也会扩大；同时，如果在焊接过程中采用与传统焊枪同样大小的焊接电流进行焊接时，采用本发明中的焊枪意味着要比传统的焊枪能够工作更加长的时间，延长钨极4的使用寿命，降低焊接加工的生产成本。

在焊枪本身的通气方面，如图7所示，由外部气瓶提供的保护气体首先会通过保护气进气口13进入到电极头16中的气体通道当中，然后沿着与电极头16轴线方向平行的气体通道流动至电极头16的尾端，经电极头16尾端的小孔(如图3所示)流出，流出后的保护气体会进一步地沿着由气嘴2和点位螺母3形成的气体通道流动至钨极4的尖端，保证保护气体能够顺利的到达焊接区域处，排除焊接区域内的杂质气体，营造TIG焊接所需要的气体保护环境。保护气体在焊枪内部流动的过程中，为保证保护气体不外漏，有必要采取一定的密封措施，在气嘴2以及电极头外套8之间，通过添加密封垫并用锁紧螺母固定的方式来保证保护气体不外漏；在气嘴2与钨极冷却进出水管5和18的连接处也采取了相应的密封措施，保证保护气体能够顺利的到达钨极的尖端。

在焊枪本身的电流传递方面，如图8所示，焊接时，导电杆11连接焊接电源的负极，焊接工件1连接焊接电源的正极，在焊枪内部，电流经过到导电杆11传递到电极头16中，进一步地，电极头16会将电流传递到与其相接触的定位螺母3当中，最终，电流会传递到与定位螺母3相连接的钨极4当中，并在钨极4与焊接工件1之间形成焊接电弧。在电流传递方面，为保证焊接操作人员的人身安全，最重要的就是要做到焊接电流与焊枪外壳之间的绝缘，因此，在本发明中与焊接电流传导介质电极头16相连接的电极头定位套6、密封套7以及焊枪外筒定位套15都采用的是绝缘的材料制作；同时，与定位螺母3相连接的钨极冷却进出水管之间也采用了绝缘介质，使焊接电流在两者之间无法进行传递。

焊枪本身在进行锁孔效应TIG焊接时，使用中国发明专利“一种锁孔效应TIG深熔焊焊机控制系统和控制方法”，公开号为CN105127553A的专利产生起弧电流。在焊接开始时，通过高频引弧来激发焊接电弧，在焊接过程中，通过对焊接电流的控制，来维持焊接电弧并产生锁孔效应，本发明中的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪在焊接过程中能够通过高达上千安培的焊接电流，并依靠大电流形成的电弧力与液体金属的静压力和表面张力相平衡来形成锁孔效应，能够实现对3～16mm厚度的碳钢、不锈钢、钛及其合金，锆及其合金等金属板的焊接。通过使用本发明中的焊枪，由于在焊枪的气嘴处采用了更加小的锥度，因此，当使用本发明中的焊枪进行焊接时，使得能够加工工件的范围变得更大。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪，其特征在于，包括锥形的气嘴（2）、定位螺母（3）、钨极（4）、电极头定位套（6）、电极头外套（8）、焊枪外筒（9）、导电杆（11）、电极头冷却进水口（12）、保护气进气口（13）、电极头冷却出水口（14）、电极头（16）、锁紧螺母（17）、钨极冷却进水口（5）、钨极冷却出水口（18）；所述气嘴通过所述锁紧螺母固定设置于所述电极头外套下端；所述钨极与所述定位螺母过盈配合连接，所述定位螺母设置于所述电极头下端；所述电极头通过所述电极头定位套支撑设置于所述电极头外套内，所述电极头与所述电极头外套之间设置有密封套，所述电极头外套内具有和所述电极头定位套配合支撑的台阶；所述焊枪外筒固定设置于所述电极头外套上端，所述焊枪外筒顶部固定设置有密封盖；所述电极头具有与所述电极头冷却进水口、所述电极头冷却出水口连通的电极头冷却循环通道；所述定位螺母具有与所述钨极冷却进水口、钨极冷却出水口连通的冷却腔；所述定位螺母与所述气嘴之间的间隙与所述电极头之间形成连通至所述保护气进气口的通道；所述导电杆与所述电极头电连接。

2.根据权利要求1所述的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪，其特征在于，还包括焊枪外筒定位套（15），所述焊枪外筒定位套支撑于所述电极头外套内壁的凸缘上，且套设于所述电极头外周。

3.根据权利要求1或2所述的高效冷却的锁孔效应TIG深熔焊焊枪，其特征在于，所述电极头与所述电极头外套之间具有连接所述电极头冷却循环通道的冷却腔。