CN110587084B - 一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪 - Google Patents

Abstract

一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，包括枪体以及调节装置；其中，枪体包括上枪体和下枪体以及喷嘴；上枪体与下枪体之间连通设置有循环冷却水通道、离子气通道以及送粉通道；喷嘴上设置有与送粉通道连通的送粉孔，且送粉孔上连接流量挡板；调节装置包括设置在离子气通道内窄喉处可形变的拉瓦尔装置以及用于测量待熔覆工件表面起伏变化的检测轮，检测轮通过驱动装置连接拉瓦尔装置，且拉瓦尔装置的窄喉形变处与流量挡板联动。本发明通过检测轮检测工件表面起伏状况的变化，使离子气通道内的拉瓦尔装置发生形变，增大离子气流输出的流速，同时带动流量挡板移动，加大出粉量进行融化，从而增强熔覆表面的平整度。

Description

一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪

技术领域：

本发明涉及等离子粉末堆焊技术领域，特别涉及一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪。

背景技术：

等离子粉末堆焊工艺已应用于工业制造业的多个领域，主要目的在于获得有特定性能(耐磨、耐蚀、耐温等性能)的合金硬面层。

在对一些使用过的轴类、板形类的工件进行全身堆焊时，因工件使用过一段时间，存在经常磨损部位出现凹陷，周身熔覆的同时致使凹陷部位相比高位存在熔覆落差，无法进行车削，继而需要重新进行补焊；同时，在熔覆时离子弧的输气量与送粉量均为按设定程序固定式输气以及送粉，无法根据工件表面起伏变化进行自动调节。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪使根据工件表面变化改变离子气输气流速以及送粉量，保持熔覆工件的平整度。

一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，枪体以及调节装置；其中，所述枪体包括可拆卸的固定连接的上枪体和下枪体，所述上枪体与所述下枪体之间连接有绝缘体，所述下枪体端部连接有喷嘴；所述上枪体与所述下枪体之间均贯穿所述绝缘体连通设置有循环冷却水通道、离子气通道以及送粉通道；其中，所述喷嘴上设置有与所述送粉通道连通的送粉孔，且所述送粉孔上连接有用于控制合金粉末流出量的流量挡板；

所述调节装置包括设置在所述离子气通道内窄喉处可形变的拉瓦尔装置以及用于测量待熔覆工件表面起伏变化的检测轮，所述检测轮通过驱动装置连接所述拉瓦尔装置，且所述拉瓦尔装置的窄喉形变处与所述流量挡板联动。

优选的，还包括有保护罩，所述保护罩罩设在所述喷嘴上，且所述保护罩与所述喷嘴之间相距形成保护气体储腔。

优选的，还包括有设置在所述上枪体与所述下枪体内的保护气体通道，所述保护气体通道与所述保护气体储腔连通，且所述保护罩底部周向设置有多个保护气体出口。

优选的，还包括轴向设置在所述枪体内且部分延伸至所述喷嘴的钨极，所述上枪体内设置有与所述钨极相配合的钨极夹。

优选的，所述拉瓦尔装置包括：收缩管、扩张管以及连接在所述收缩管和所述扩张管之间的形变管；其中，所述形变管为朝相同一下倾斜且环形连接的多个褶皱板，每个褶皱板的波峰上设置有卡环；

还包括有钢丝，所述钢丝一端固定在离子通道的内壁，另一端绕每个所述卡环一周后延伸至所述下枪体外部连接所述驱动装置。

优选的，所述收缩管端以及扩张管底端均通过凸台板与所述离子气通道的内壁周向贴合设置，且所述多个褶皱板为具有弹性复位金属材料制作的褶皱板体。

优选的，所述流量挡板部分插接连接出粉孔，且与所述流量挡板相近的拉环上设置有连接所述流量挡板的拉丝。

优选的，所述检测轮包括固定设置在所述喷嘴焊接前端的氮气压缩弹簧，以及转动连接在所述氮气压缩弹簧端部的钨轮；其中，所述氮气压缩弹簧的活动端连接由与所述驱动装置电性连接的按压延时开关。

优选的，所述驱动装置为驱动马达；所述驱动马达的输出轴设置有收卷轮，所述收卷轮上缠绕所述钢丝的自由端。

本发明通过检测轮检测工件表面起伏状况的变化，使离子气通道内的拉瓦尔装置发生形变，增大离子气流输出的流速，加大等离子弧的弧柱，同时带动流量挡板移动，加大出粉量进行融化，从而增强熔覆表面的平整度。

附图说明：

附图1是本发明具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪的结构示意图；

附图2是本发明具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪的爆炸图；

附图3是本发明具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪局部的结构示意图；

附图4是本发明具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪的拉瓦尔装置的使用状态示意图。

图中：

枪体-100 检测轮-200 上枪体-10 下枪体-20 绝缘体-30 喷嘴-40 保护罩-50拉瓦尔装置-60 驱动装置-70 钨极-80 钨极夹-90 离子气通道-11 送粉通道-12 循环冷却水通道-13 保护气体通道-14 流量挡板-41 拉丝-42 保护气体出口-51 收缩管-61 形变管-62 扩张管-63 凸台板-64 卡环-65 钢丝-66 驱动马达-71 收卷轮-72 氮气压缩弹簧-201 钨轮-202 按压延时开关-203 安装管-204

具体实施方式：

如附图1-2所示，一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，包括枪体100，该枪体100作为粉末堆焊设备中的熔覆喷涂组件，包括可通过锁紧环可拆卸的固定连接的上枪体10、绝缘体30和下枪体20；粉末堆焊设备中包括有焊接单元、离子气单元、保护气体单元、送粉器以及冷却水箱，且这些设备的结构以及原理均为本领域技术人员知晓的部件，在此不做过多赘述；粉末堆焊设备的焊接单元连接位于焊枪内的钨极80，上枪体10内并设置有钨极80夹，通过聚中环将钨极80安装在钨极80夹上，并在下枪体20的端部连接有喷嘴40，钨极80的部分位于喷嘴40内；

还包括设置在上枪体10和下枪体20连通的离子气通道11，该离子气通道11与粉末堆焊设备的离子气单元连通，离子气单元采用自动调压阀向离子气通道11内输送设定压力的惰性气体，优选氩气。

还包括设置在上枪体10和下枪体20连通的循环冷却水通道13，该循环冷却水通道13与粉末堆焊设备的冷却水箱连通，且循环冷却水通道13延伸至喷嘴40内，对喷嘴40进行降温，延长其使用寿命；

还包括设置在上枪体10和下枪体20连通的送粉通道12，该送粉通道12与粉末堆焊设备的送粉器连接，送粉器将合金粉末输送至送粉通道12内，并且在喷嘴40上相对设置有与送粉通道12连通的送粉孔，通过将合金粉末输送至离子弧内进行融化后与工件表面相接触，形成熔覆层；

还包括有设置在上枪体10和下枪体20连通保护气体通道14，该保护气体通道14与粉末堆焊设备中的保护气体单元连通，保护气体单元通过调压阀向保护气体通道14内输送惰性保护气体，优选氩气；还包括有螺纹连接在下枪体20的保护罩50，保护罩50罩设喷嘴40，且保护罩50内壁与喷嘴40外壁相距形成保护气体储腔，保护气体通道14与保护气体储腔之间连通，并在保护罩50的底部周向设置有多个保护气体出口51；通过保护气体出口51输送出的保护气体，在高温熔融焊层中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化。

此外，因工件在使用一段时间后磨损严重的部位会出现凹陷，在对工件周身自动熔覆时吗，焊枪由机械臂连接，与工件表面始终相距设定的距离，在熔覆凹陷部位时，不能因起工件表面伏状进行高度的自动调节，此时容易出现熔覆面与工件表面的熔深变小，熔覆层厚度与其他部位的熔覆层存在落差，从而影响堆焊效果；为此，在枪体100的离子气通道11内设置有拉瓦尔装置60，该拉瓦尔装置60的窄喉处可根据工件表面的凹陷部位进行对应收缩，从而将离子气体的输送气流从亚音速到音速，直至加速至超音速，从而针对凹陷部位加大离子弧的冲击，使熔深可靠、凹陷部位的熔覆层加厚；

继续参阅图3以及图4，在具体设置窄喉处可形变的拉瓦尔装置60时，将拉瓦尔装置60分为上部的收缩管61、中部的形变管62以及底部的扩张管63；收缩管61与形变管62的顶部周向焊接连接，扩张管63与形变管62的底部周向焊接连接，并且收缩管61的顶部以及扩张管63道的底部均设置有环形的凸台板64与离子气通道11的内壁相贴合连接；该形变板采用为朝相同一下倾斜且环形连接的多个褶皱板，多个褶皱板为扇形褶皱，且为朝相同一方向倾斜，并且多个褶皱板采用具有弹性复位的金属板制作而成的褶皱板，优选为，例如使用0.2mm合金钢板可具有弹性复位的板体；形变管62即为拉瓦尔装置60的窄喉处，在形变管62未发生形变时，收缩管61、形变管62以及扩张管63的内径基本一致，在形变管62受外力压迫后形成窄喉，从而增腔离子气体的输送气流的流速；

在具体使形变管62受力多个褶皱板发生折叠后形成窄喉，本发明采用在每个褶皱的波峰处设置卡环65，卡环65为周向设置在形变管62的中间位置，与每个褶皱板的波峰斜向设置；还包括有钢丝66，钢丝66的一端与离子气通道11的内壁固定连接，另一端绕每个卡环65一周后延伸至外界连接驱动装置70；该钢丝66采用直径在0.090mm-0.150mm之间的硬质钢丝66，在钢丝66受驱动装置70的收紧力后，使多个卡环65之间的间距逐渐缩小，并且任意相邻的褶皱板之间相互叠加，从而缩小形变管62中部的内径，形成拉瓦尔喷管；

另外在设置驱动装置70时，采用在枪体100的外壁固定装配驱动马达71，驱动马达71的输出轴上设置收卷轮72，钢丝66延伸至外界的一端缠绕在收卷轮72上，在驱动马达71启动时带动收卷轮72按褶皱板的倾斜方向进行转动，从而进行收紧形成窄喉；该驱动马达71可采用步进电机，在驱动马达71需要停止的角度安装射电光耦，使驱动马达71旋转收紧后变自动停止，也可采用单片机控制器控制驱动马达71的驱动行程，此类技术均为现有技术中常用的技术手段，在此不做过多赘述。并且，在增大离子弧柱后，对凹陷部位的熔覆层需加厚，此时需增加合金粉末出粉量，为此在出分口插接有流量挡板41，即为在出粉孔两侧设置插槽，流量挡板41插接在插槽内；该流量挡板41封堵出粉孔部分位置，在流量挡板41未发生位置变动时不影响出粉量，在钢丝66收紧时，与流量挡板41相近的卡环65上通过拉丝42连接流量挡板41顶部，该拉丝42采用钨丝，在对应的卡环65移动时上拉流量挡板41发生位置变动，从而使出粉孔的出粉面积增大，加大出粉量与离子弧柱融合，使凹陷部的熔覆厚度加大。

继续参阅图1或图2，另外本申请实施例中为了准确检测工件表面的起伏变化，采用在枪体100前端装配有检测轮200，该检测轮200通过机械式移动检测，随枪体100的行进方向移动，始终位于枪体100的前端，另外需要具体说明的，本申请中采用堆焊方式包含纵向堆焊和横向堆焊，不包含摇摆堆焊，即为枪体100需始终保持直线移动堆焊；该检测轮200包括，固定设置在喷嘴40焊接前端的氮气压缩弹簧201，该氮气压缩弹簧201的固定端通过安装管204连接在枪体100上，在氮气压缩弹簧201的活动端底部设置有大于半圆形的凹槽，凹槽内装配有可转动的钨轮202，使钨轮202万向转动，适用于多种堆焊工况；采用耐高温的钨轮202防止熔覆工件导热对轮体表面造成损伤，影响其转动后对焊枪移动增加阻力；

此外在氮气压缩弹簧201的活动端设置有按压延时开关203，将按压延时开关203连接驱动马达71的正、反转通电端；并由氮气压缩弹簧201固定端的连接杆连接按压延时开关203的正反按钮的转换杆；例如，驱动马达71正转时为收紧状态，在工件表面具有凹陷时钨轮202沉降，氮气压缩弹簧201的活动端向下延伸，此时连接杆向上拉动转换杆，延时启动驱动马达71正向转动设定角度，在枪体100不断移动的同时，使形变管62进行收缩，在枪体100移动至凹陷部位时，拉瓦尔喷管形成，增强离子弧柱，同时加大出粉量；反之，在钨轮202离开凹陷部时，氮气压缩弹簧201的活动端回收，连接杆带动转换杆抵压按压延时开关203反转按钮，驱动马达71反转，钢丝66放松后弹性褶皱复位；此外，为了防止在堆焊工件边沿时液氮压缩弹簧的活动端进行延伸，可采用与工件表面持平的撑体进行支撑钨轮202。

Claims (9)

1.一种具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，包括：枪体以及调节装置；其中，所述枪体包括可拆卸的固定连接的上枪体和下枪体，所述上枪体与所述下枪体之间连接有绝缘体，所述下枪体端部连接有喷嘴；所述上枪体与所述下枪体之间均贯穿所述绝缘体连通设置有循环冷却水通道、离子气通道以及送粉通道；其中，所述喷嘴上设置有与所述送粉通道连通的送粉孔，且所述送粉孔上连接有用于控制合金粉末流出量的流量挡板；

所述调节装置包括设置在所述离子气通道内窄喉处可形变的拉瓦尔装置以及用于测量待熔覆工件表面起伏变化的检测轮，所述检测轮通过驱动装置连接所述拉瓦尔装置，且所述拉瓦尔装置的窄喉形变处与所述流量挡板联动。

2.如权利要求1所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，还包括有保护罩，所述保护罩罩设在所述喷嘴上，且所述保护罩与所述喷嘴之间相距形成保护气体储腔。

3.如权利要求2所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，还包括有设置在所述上枪体与所述下枪体内的保护气体通道，所述保护气体通道与所述保护气体储腔连通，且所述保护罩底部周向设置有多个保护气体出口。

4.如权利要求1所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，还包括轴向设置在所述枪体内且部分延伸至所述喷嘴的钨极，所述上枪体内设置有与所述钨极相配合的钨极夹。

5.如权利要求1所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，所述拉瓦尔装置包括：收缩管、扩张管以及连接在所述收缩管和所述扩张管之间的形变管；其中，所述形变管为朝相同一下倾斜且环形连接的多个褶皱板，每个褶皱板的波峰上设置有卡环；

还包括有钢丝，所述钢丝一端固定在所述离子气通道侧壁，另一端绕每个所述卡环一周后延伸至所述下枪体外部连接所述驱动装置。

6.如权利要求5所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，所述收缩管端以及扩张管底端均通过凸台板与所述离子气通道的内壁周向贴合设置，且所述多个褶皱板为具有弹性复位金属材料制作的褶皱板体。

7.如权利要求6所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，所述流量挡板部分插接连接出粉孔，且与所述流量挡板相近的拉环上设置有连接所述流量挡板的拉丝。

8.如权利要求7所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，所述检测轮包括固定设置在所述喷嘴焊接前端的氮气压缩弹簧，以及转动连接在所述氮气压缩弹簧端部的钨轮；其中，所述氮气压缩弹簧的活动端连接有与所述驱动装置电性连接的按压延时开关。

9.如权利要求8所述的具有电弧压缩调节的等离子粉末堆焊焊枪，其特征在于，所述驱动装置为驱动马达；所述驱动马达的输出轴设置有收卷轮，所述收卷轮上缠绕所述钢丝的自由端。

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