CN109465527A - 一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，该装置将磁控摆动电弧焊接技术与等离子弧焊结合起来用于窄间隙焊接，主要由焊枪上体、焊枪中体、焊枪下体和水冷喷嘴四部分组成。焊枪上体用于钨极的夹持，焊枪中体作为中间体，用于焊枪上体与焊枪下体的的连接，电弧在水冷喷嘴的作用下形成等离子弧；在焊枪下体内部加入电磁线圈与导磁铁芯，利用其产生的磁场控制等离子体弧，将这种高能量密度的摆动电弧应用于窄间隙焊接，有效的改善窄间隙焊接中侧壁融合不良的缺陷，提高窄间隙焊接的焊接效率。

Description

一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置

技术领域

本发明设计一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，属于焊接设备技术领域。

背景技术

窄间隙焊接技术已成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术，其巨大的技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一。目前，该技术的成功在工业生产的诸多方面得到了很好的体现，例如在西气东输工程管道的对接时，由于管道的直径很大，且壁厚较厚，因此选用窄间隙焊接是最佳的焊接方法之一，但因为普通窄间隙焊接的焊接速度慢，焊接效率太低，因此需要开发一种新的焊接技术来实现高效率的窄间隙焊接。为了解决窄间隙焊接速度慢、效率低的问题，在窄间隙焊接中引入等离子弧焊技术，等离子弧相比于普通电弧具有能量密度高、焊接速度快、焊接效率高的优点；同时，在窄间隙焊接中引入磁控电弧技术，实现电弧的自动跟踪，不仅能解决窄间隙焊接中侧壁融合不良的问题，还能改善焊接工人的工作状况。

在近几年焊接技术的发展中，山东大学贾传宝等人研究设计的一套厚板窄间隙磁控电弧TIG焊接自动控制系统介绍了通过交变磁场控制电弧周期性左右偏转以消除厚板焊接侧壁熔合不良的缺陷，但由于钨极的载流能力小导致电弧的功率受到限制，从而影响焊接效率；沈阳工业大学常云龙等人研究的磁控等离子弧的基本特性试验结果表面，在合适的外加磁场下可以得到焊接速度快且非常稳定的等离子电弧，同时对焊缝内在质量亦有提高作用，但由于此试验的焊接装置没有考虑到焊枪的尺寸问题，不能将磁控等离子弧焊应用于窄间隙焊接，所以其焊接技术的使用范围还是受到限制。

基于以上不足之处，为了有效的解决窄间隙焊接中侧壁熔合不良、普通电弧焊接效率低下、焊枪尺寸受限的问题，本发明设计了一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，该装置可以将磁控摆动电弧焊接技术与等离子弧焊相结合，实现具有自动跟踪、高能量密度的窄间隙焊接。

发明内容

为了解决窄间隙焊接中侧壁熔合不良、普通电弧焊接效率低下、焊枪尺寸受限的问题，本发明设计了一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，该装置可以将磁控摆动电弧焊接技术与等离子弧焊结合起来用于窄间隙焊接，主要由焊枪上体(4)、焊枪中体(8)、焊枪下体(12)和水冷喷嘴(19)四部分组成。

本发明所采用的技术如下：一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，包括钨极帽(1)、钨极(2)、焊枪上体(4)、上进水管(5)、离子气进气管(6)、弹性密封圈(7)、焊枪中体(8)、下出水管(11)、焊枪下体(12)、保护气进气管(13)、线圈套筒(14)、保护气罩(16)、水冷喷嘴(19)、对中环(20)、磁头（21）、导磁铁芯(22)、电磁线圈（23）、下进水管(24)、矩形压板(25)、上出水管(26)、钨极夹(27)、矩形密封圈(28)；焊枪上体(4)的内部开有钨极夹(27)孔道，孔道末端设计为圆台形，钨极(2)下端伸入钨极夹(27)中，上端伸入钨极帽(1)中，钨极帽(1)通过螺纹固定连接于焊枪上体(4)的内部，实现钨极帽（1）、钨极（2）与焊枪上体（4）的同轴固定；焊枪上体(4)的两侧开有上进水管(5)与上出水管(26)，其内部开有冷却水槽，冷却水槽的上端面用矩形橡胶密封圈(28)密封；焊枪上体(4)的两侧开有离子气进气管（6），其内部开有圆柱环状形离子气槽，离子气从离子气进气管（6）同时通入，能保证离子气在焊枪内的均匀分布;焊枪上体(4)的下端通过螺纹固定连接于焊枪中体(8)的上端。

焊枪下体(12)的外形是宽度尺寸受限的长方体，通过螺纹固定连接于焊枪中体(8)的下端，并开有两个矩形孔道；导磁铁芯(22) 内部开有水冷孔道，外部装有线圈套筒(14)，线圈套筒(14)上缠绕电磁线圈(23)，导磁铁芯（22）的上端通过矩形压板(25)用锁紧螺母(9)进行固定，线圈套筒（14）的下端用螺母（17）进行固定；焊枪下体(12)的两侧开有保护气进气管(13)；焊枪下体(12)的上表面开有下出水管(11)、下进水管(24)，其内部还设计有水冷回路孔道，此水冷回路设计的作用是在焊枪正常使用的过程中，对导磁铁芯（22）、水冷喷嘴（19）进行冷却；水冷喷嘴(19)的上端通过螺纹固定连接于焊枪下体(12)的内部；保护气罩(16) 通过螺钉固定于焊枪下体(12)的下表面。

本发明还具有特征如下。

如上述的钨极夹(27)孔道的底端是圆台形，其内孔直径逐渐减小。

如上述的上进水管(5)在焊枪上体（4）外表面所处的位置高于上出水管(26)，且上进水管(5)的直径比上出口管(26)的直径大1~2mm。

如上述的焊枪下体(12）内部的水冷孔道直径远小于水冷喷嘴（19）处的冷却水槽直径。

如上述的导磁铁芯（22）的下端安装有磁头（21），其作用是将电磁线圈（23）产生的磁场传输到电弧区域。

如上述的水冷喷嘴(19)的外形是一个倒棱台形状，其出口是一个对电弧具有半拘束作用的矩形通道。

如上述的保护气罩(16)的外形是一种带有矩形台阶的中空倒棱台。

本发明的特点及有益效果如下。

（1）将水冷喷嘴的出口设计成一个对电弧具有半拘束作用的矩形通道，当电弧经过水冷喷嘴时，使电弧截面受到拘束，形成具有能量高的等离子弧，从而提高焊接效率。

（2）对传统的等离子焊枪进行适当改造，将焊枪下体设计为宽度尺寸受限的长方体，可以实现窄间隙焊接，扩大了传统等离子焊枪的应用范围。

（3）焊枪下体内的电磁线圈通电后，其产生的磁场由磁头传输到电弧区域，这样能够实现磁控摆动电弧技术用于窄间隙焊接，从而改善窄间隙焊接中侧壁熔合不良的缺陷。

附图说明

图1是本发明的实施例的焊枪结构图。

图2是本发明实施例的焊枪结构仰视图。

图3是本发明实施例的保护气罩的外形图。

具体实施方式

下面根据说明书附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例如图1所示：一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，包括钨极帽1、钨极2、焊枪上体4、上进水管5、离子气进气管6、弹性密封圈7、焊枪中体8、下出水管11、焊枪下体12、保护气进气管13、线圈套筒14、保护气罩16、水冷喷嘴19、对中环20、磁头21、导磁铁芯22、电磁线圈23、下进水管24、矩形压板25、上出水管26、钨极夹27、矩形密封圈28；焊枪上体4的内部开有钨极夹27孔道，孔道末端设计为圆台形，其内孔直径逐渐减小；钨极2下端伸入钨极夹27中，上端伸入钨极帽1中，钨极帽1通过螺纹固定连接于焊枪上体4的内部，实现钨极帽1、钨极2、焊枪上体4的同轴固定；焊枪上体4的两侧开有上进水管5与上出水管26，上进水管5在焊枪上体4的外表面位置高于上出水管26，且上进水管5的内径比上出口管26的内径大1~2mm，焊枪上体4的内部开有冷却水槽，冷却水槽的上端面用矩形橡胶密封圈28密封，相比于O型密封圈有更好的密封性能；焊枪上体4的两侧开有离子气进气管6，其内部开有圆柱环状形离子气槽，离子气从离子气进气管6同时通入，能保证离子气在焊枪内的均匀分布;焊枪上体4的下端通过螺纹固定连接于焊枪中体8的上端。

焊枪下体12的外形是宽度尺寸受限的长方体，通过螺纹固定连接于焊枪中体8的下端，并开有两个矩形孔道；导磁铁芯22内部开有水冷孔道，外部装有线圈套筒14，线圈套筒14上缠绕电磁线圈23，导磁铁芯22的上端通过矩形压板25用锁紧螺母9进行固定，线圈套筒14的下端用螺母17进行固定；焊枪下体12的两侧开有保护气进气管13，通入纯氩并含有2%~5%的氩气作为保护气体；焊枪下体12的上表面开有下出水管11、下进水管24，其内部还设计有水冷回路孔道，冷却水从焊枪下体12内部经过线圈套筒14的台阶进入导磁铁芯22内部的水冷孔道，沿导磁铁芯22水冷孔道向上，再经过线圈套筒14台阶沿焊枪下体12内部的水冷回路孔道到达水冷喷嘴19外壁的冷却水槽处，最后沿对称的水冷回路孔道从下出水管11流出，此水冷回路设计的作用是在焊枪正常使用的过程中，对导磁铁芯22和水冷喷嘴19进行冷却，以保证焊枪的正常使用；水冷喷嘴19的上端通过螺纹固定连接于焊枪下体12下端，其作用是对电弧起到压缩作用，使其成为高能量密度的等离子弧；保护气罩16的外形是一种带有矩形台阶的中空倒棱台，通过四个螺钉固定在焊枪下体12的下表面，在不影响保护效果的前提下，实现高效、优质的窄间隙焊接。

Claims (4)

1.一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，该装置可以将周期性变化的磁场用于控制等离子弧，电弧在垂直于焊接方向摆动，实现具有自动跟踪、高能量密度的窄间隙焊接，主要由焊枪上体(4)、焊枪中体(8)、焊枪下体(12)和水冷喷嘴(19)四部分组成，包括钨极帽(1)、钨极(2)、焊枪上体(4)、上进水管(5)、离子气进气管(6)、弹性密封圈(7)、焊枪中体(8)、下出水管(11)、焊枪下体(12)、保护气进气管(13)、线圈套筒(14)、保护气罩(16)、水冷喷嘴(19)、对中环(20)、磁头（21）、导磁铁芯(22)、电磁线圈（23）、下进水管(24)、矩形压板(25)、上出水管(26)、钨极夹(27)、矩形密封圈(28)。

2.根据权利要求1所述的一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，其焊枪上体(4)的特征在于：所述的焊枪上体(4)的内部开有钨极夹(27)孔道，孔道末端设计为圆台形，钨极(2)下端伸入钨极夹(27)中，上端伸入钨极帽(1)中，钨极帽(1)通过螺纹固定连接于所述焊枪上体(4)的内部，实现钨极帽（1）、钨极（2）、焊枪上体（4）的同轴固定；所述焊枪上体(4)的两侧开有上进水管(5)与上出水管(26)，其内部开有冷却水槽，冷却水槽的上端面用矩形橡胶密封圈(28)密封；所述焊枪上体(4)的两侧开有离子气进气管（6），其内部开有圆柱环状形离子气槽;所述焊枪上体(4)的下端通过螺纹固定连接于焊枪中体(8)的上端。

3.根据权利要求1所述的一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，其焊枪下体(12)的特征在于：所述焊枪下体(12)的外形是宽度尺寸受限的长方体，通过螺纹固定连接于焊枪中体(8)的下端，并开有两个矩形孔道；所述导磁铁芯(22)的内部开有水冷孔道，外部装有线圈套筒(14)，线圈套筒(14)上缠绕电磁线圈(23)；所述导磁铁芯（22）的上端通过矩形压板(25)用锁紧螺母(9)进行固定，线圈套筒（14）的下端用螺母（17）进行固定；所述焊枪下体(12)的两侧开有保护气进气管(13)；所述焊枪下体(12)的上表面开有下出水管(11)、下进水管(24)；水冷喷嘴(19)的上端通过螺纹固定连接于焊枪下体(12)的内部。

4.根据权利要求1所述的一种用于窄间隙的磁控摆动等离子弧焊接装置，其保护气罩(16)的特征在于：所述保护气罩(16)的外形是一种带有矩形台阶的中空倒棱台，在不影响保护效果的前提下，实现高效、优质的窄间隙焊接。