CN111098004A - 一种手工钨极氩弧焊焊炬及狭小空间焊道的分道焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手工钨极氩弧焊焊炬，该焊炬包括气体喷嘴、小直径导流体、焊炬本体、开口电极夹和电极帽，通过简化焊炬本体的结构，改变枪体的冷却方式，精简焊炬的尺寸，使得本发明中所提供的手工钨极氩弧焊焊炬能够在狭小空间内与钨极近距离接触工件，实现根部焊道的分道焊接，提高焊缝的焊接质量。

Description

一种手工钨极氩弧焊焊炬及狭小空间焊道的分道焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及一种适用于深坡口根部狭小空间打底焊缝分道焊接的小尺寸手工钨极氩弧焊焊炬。

背景技术

目前，厚壁容器的焊接时，对焊缝的质量要求越来越高。目前很多焊缝都有焊缝根部单面焊双面成型要求，因此，焊缝根部只能使用手工钨极氩弧焊工艺。

采用手工钨极氩弧焊进行根部打底焊接时，对于坡口深度超过80mm，坡口根部宽度在10～25mm之间的狭小空间内只能采用加长气体喷嘴的方法实现坡口根部中心位置的单道焊接，无法实现根部焊道的分道焊接，无法保证根部位置两侧母材的熔合质量。

手工钨极氩弧焊是常用的焊接方法，氩弧焊设备配有标准焊炬(也可称之为焊枪)，通常为提高焊枪耐用及焊接效率，焊炬需保证一定尺寸。以往的手工氩弧焊枪手柄里有气路和冷却水回路，因此手柄的外壳较大，对于狭小空间或深坡口根部较窄操作空间下的产品进行焊接时，一方面不能通过焊炬摆动达到焊接位置，另一方面也存在无法实现焊缝根部位置分道焊接填充，致使根部手工氩弧焊工艺打底焊道存在强度不足和熔合质量不可靠的质量风险。

所以为了保证深坡口根部焊缝的强度，增加坡口根部两侧母材的熔合质量，亟待设计一种可以完全伸入坡口内部，让钨极近距离接触工件，并保证枪体可以在坡口内进行偏转，实现根部焊道的分道焊接的一种手工钨极氩弧焊焊炬。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种手工钨极氩弧焊焊炬，该焊炬包括气体喷嘴、焊炬本体和电极帽，通过简化焊炬本体的结构，改变枪体的冷却方式，精简焊炬的尺寸，从而完成了本发明。

具体来说，本发明一方面提供了一种手工钨极氩弧焊焊炬，所述焊炬适用于坡口深度超过80mm，坡口根部位置宽度为10～25mm的坡口根部的分道焊接，所述焊炬包括气体喷嘴、焊炬本体和电极帽。

本发明中，所述气体喷嘴为圆锥形喷嘴，在焊炬本体的外部设置有绝缘外壳，所述焊炬本体一端与电极帽连接，另一端连接有小直径导流体，小直径导流体插入气体喷嘴的空腔内，并可与之螺纹固定连接；所述电极帽包括帽头和顶杆，在顶杆上设置有外螺纹，顶杆与焊炬本体螺纹连接。

根据本发明，在焊炬内部设置有开口电极夹，其位于焊炬本体内，两端分别与小直径导流体和电极帽紧固连接，优选通过小直径导流体和电极帽之间内部空腔的轴向距离螺纹调整后紧固固定，通过小直径导流体和电极帽用顶紧开口电极夹的方式，可以实现固定和夹紧电极(钨极)。优选地，在小直径导流体上设置有与焊炬本体连接的小螺纹段和与气体喷嘴螺纹连接的大螺纹段。

本发明中，电极(钨极)安装在开口电极夹中，在所述开口电极夹的下端，设置有沿轴向的切口。

本发明另一方面还提供一种狭小空间焊道的分道焊接方法，采用上述焊炬进行焊接，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据焊接坡口的尺寸选择焊炬；

步骤2，设定焊接参数，实施焊接；

步骤3，停止焊接，冷却焊炬；

步骤4，重复步骤2和3，直到完成焊接操作。

以上方法的步骤2中，在进行坡口根部焊道焊接时，优选进行分道焊接，包括三道焊道，步骤3中，每次焊接10-50min后中断焊接，对焊炬进行降温，待降至室温后，再重复进行焊接。

本发明所具有的有益效果包括：

1)本发明提供的手工钨极氩弧焊焊炬，体积小，可以完全伸入坡口内部，并保证枪体可以在坡口内进行偏转，可以实现根部焊道的分道焊接；

2)本发明提供的手工钨极氩弧焊焊炬，取消了焊炬本体内的冷却水回路，通过控制焊接操作时间对焊炬进行降温，以替代水冷降温，大大减小了焊炬本体的尺寸；

3)本发明提供的手工钨极氩弧焊焊炬，在小直径导流体的端部增加有气体导流过滤网，可以使得小直径导流体与气体喷嘴形成的腔体中的气体分布均匀，在焊炬及喷嘴尺寸较小的情况下增加保护效果，提高了焊接质量；

4)本发明提供的狭小空间焊道的分道焊接方法，能够在狭小空间内实现钨极近距离接触工件，提高焊缝的焊接强度。

附图说明

图1示出根据本发明中手工钨极氩弧焊焊炬的结构示意图；

图2示出根据本发明中手工钨极氩弧焊焊炬的结构示意图。

附图标号说明：

1-气体喷嘴；

2-小直径导流体；

21-小螺纹段；

22-大螺纹段；

23-气体通孔；

24-气体导流过滤网；

3-焊炬本体；

4-开口电极夹；

5-电极帽；

51-帽头；

52-顶杆。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

现有技术中，对坡口深度超过80mm，坡口根部宽度为10～25mm的狭小空间的坡口根部焊道进行焊接时，由于坡口深度大，操作空间狭小，焊炬在坡口根部的活动空间有限，由于无法进行偏转，所以只能在坡口中间进行单道焊接，不能在坡口根部进行分道焊接，坡口根部的焊接强度有待提高。

为此，根据本发明第一方面，提供一种手工钨极氩弧焊焊炬，所述焊炬包括气体喷嘴1、焊炬本体3和电极帽5，如图1所示。

本发明中，焊炬本体3是焊炬的主体，所述焊炬的整体高度一般为50-80mm，进一步可优选55-70mm，例如为60mm。本发明中，焊炬的整体高度可以理解为是指气体喷嘴1到电极帽5之间的距离。

由于本发明中焊炬的整体高度比较小，焊枪整体水平尺寸(包括手柄等)尺寸比较小，不仅能够完全伸入坡口内部，让钨极近距离接触工件，还能够在坡口内进行偏转，实现根部焊道的分道焊接。所以本发明所述焊炬特别适用于坡口深度超过80mm，坡口根部宽度为10～25mm的坡口根部焊道的分道焊接。

在本发明优选的实施方式中，所述焊炬本体3为铜制管路，用作电流和气体的传导路径。

在本发明优选的实施方式中，在焊炬本体3的外部，设置有绝缘外壳，所述绝缘外壳可以起到电路绝缘的作用，避免因焊炬与工件接触形成回路使操作者受到电击，起到保护的作用。

本发明中，焊炬本体3一端与电极帽5连接，另一端连接有小直径导流体2，而小直径导流体2则插入气体喷嘴1的空腔内，并可与之固定连接，例如螺纹连接或卡口连接。同时，在焊炬内部设置有开口电极夹4，其位于焊炬本体3内，两端分别与小直径导流体2和电极帽5连接，由此，通过小直径导流体2和电极帽5以顶紧开口电极夹4的方式，可以实现固定和夹紧电极(钨极)，如图2所示。

在本发明优选的实施方式中，在焊炬本体3的两端分别设置有内螺纹，其中，焊炬本体3的一端通过小直径导流体2与气体喷嘴1进行连接，另一端与电极帽5连接。

在一个优选的实施方式中，在小直径导流体2的上端，设置有小螺纹段21和大螺纹段22，其中，小螺纹段21用于与焊炬本体3进行螺纹连接，大螺纹段22用于与气体喷嘴1进行螺纹连接。

在一个优选的实施方式中，在所述小直径导流体2大螺纹段22的下方，设置有气体流通孔23，在所述小直径导流体2的下端端部，设置有气体导流过滤网24，如图2所示。

在本发明中，由于焊炬整体尺寸较小，致使气体路径较短，为了保证焊缝的气体保护质量，在小直径导流体2的端部增加气体导流过滤网，可以使得小直径导流体与气体喷嘴形成的腔体中的气体流量稳定，气体分布均匀，在焊炬及喷嘴尺寸较小的情况下增加保护效果，提高焊接质量。

其中，所述气体导流过滤网24为多层不锈钢过滤网。所述多层不锈钢过滤网优选设置为5-20层，进一步优选设置为5-10层，例如6-8层。

优选地，所述气体导流过滤网24的直径与连接处的气体喷嘴1的内径相匹配。

现有的氩弧焊焊枪带气筛网流体中，常常在筛网外面设置有金属外壳，这样的设置会增加焊炬的尺寸，不利于在狭小空间内进行焊接操作。因此，本发明中，将气体导流过滤网设置在小直径导流体2的下端，并确保气体导流过滤网24的直径与连接处的气体喷嘴1的内径相匹配，这样可以在不使用金属外壳的前提下，将气体导流过滤网34挤压连接在焊炬气体喷嘴1和小直径导流体2之间，既简化了焊炬的内部结构，同时又减小了焊炬的尺寸。

在一个优选的实施方式中，所述小直径导流体2上大螺纹段22的直径为8-15mm，进一步优选为8-10mm，更优选为9mm。

其中，通过减小大螺纹段的直径，可以相应减小与之进行螺纹连接的气体喷嘴的尺寸。

在一个优选的实施方式中，所述气体喷嘴1为圆锥形喷嘴。

其中，相比标准焊炬通常采用的等径圆柱形喷嘴，本发明中优选采用圆锥形气体喷嘴，这是因为一方面圆锥形气体喷嘴的端部尺寸较小，另一方面直径渐变可以减小所占据的空间，使得焊炬更适用于狭小空间，增加了焊炬在狭小空间的可达性和焊炬在深坡口根部较窄环境里的整体偏转，进而实现焊缝根部打底分道焊接操作。

不过，需要说明的是，本发明中所述的圆锥形为一端端面比较小可近似看作圆锥形的圆台，包括一个大端端面和一个小端端面。

优选地，在所述气体喷嘴大端端面上设置有内螺纹段，用于与小直径导流体2上的大螺纹段22进行螺纹连接。

优选地，在气体喷嘴大端端面上设置的内螺纹段的长度为5-15mm，进一步优选为8-13mm，更优选为12mm。

现有的焊炬气体喷嘴中，为了确保气体喷嘴与导流体之间连接的稳固性和密封性，通常会设置10-15mm的内螺纹。但是，在本发明中，发明人在确保气体喷嘴与小直径导流体之间连接的稳固性和密封性的前提下，通过尽可能的减小不必要的内螺纹长度，来达到减小气体喷嘴的高度，进而减小焊炬整体的高度的目的，使得焊炬在狭小空间内的活动更加灵活。

优选地，气体喷嘴小端端面的直径为3-15mm，进一步优选为5-10mm，更优选为5mm；气体喷嘴的长度为10-50mm，进一步优选为20-45mm，更优选为40mm。

其中，气体喷嘴小端端面的直径越小，气体喷嘴的长度越短，越有利于焊炬在狭小空间内进行多道焊接操作。不过，气体喷嘴的长度也要与钨极电极的长度相匹配，钨极电极一般选用Φ2.4mm和Φ1.6mm，因此，需要严格控制气体喷嘴的具体尺寸。

在一个优选的实施方式中，电极(钨极)安装在开口电极夹4中，在所述开口电极夹4的下端，设置有沿轴向的切口。

其中，设置切口的目的是为了使得电极夹具有一定弹性的作用，方便安装和拆卸钨极电极。

优选地，所述开口电极夹4开有切口的一端设置为倒角。其中，在开口电极夹上设置的倒角，具有一定的导向性，能使得开口电极夹可以更好的进入小直径导流体内部；除此之外，由于小直径导流体内部有个变径端，开口电极夹的倒角还可确保开口电极夹与小直径导流体的内径同心。当通过电极帽5将开口电极夹4与小直径导流体2顶紧时，由于电极帽5的螺纹紧固作用，推动开口电极夹4进一步向小直径导流体2内部进给，切口处受到来自小直径导流体2内部的内锥形面(结构)的压力，从而固定和夹紧钨极电极。

在一个优选的实施方式中，所述电极帽5包括帽头51和顶杆52，在顶杆52上设置有外螺纹。其中，顶杆52与焊炬本体3之间通过螺纹进行连接。

在本发明中，所述电极帽5通过顶紧开口电极夹4与小直径导流体2，用于固定和夹紧电极(钨极)。

具体地，在将气体喷嘴1、小直径导流体2和焊炬本体3连接在一起之后，将装有钨极电极的开口电极夹4放入焊炬本体3中，之后拧紧电极帽5，使得电极帽5的顶杆52顶紧开口电极夹4，将钨极电极固定在电极帽5和小直径导流体2之间。

优选地，所述顶杆52的长度为4-20mm，进一步优选为5-15mm，更优选为8mm。

在开孔电极夹高度一定的情况下，通过控制顶杆52的长度，能够将顶杆52全部拧入焊炬本体中，使得电极帽在焊炬本体外只剩余帽头，从而尽可能的减小焊炬的整体高度。

优选地，帽头51的厚度为1-15mm，进一步优选为3-10mm，更优选为2mm。

为了减小焊炬的尺寸，本发明对电极帽的尺寸进行了精简。为了方便进行旋拧操作。现有的电极帽的帽头一般都在35-50mm之间，相对比较厚。但是，在本发明中，削减了电极帽的厚度，能够使得拧紧后螺帽在焊炬本体外的剩余部分仅有2mm。

为了方便电极(钨极)的安装，在旋拧操作时，优选地，可以借助扳手或螺丝刀等工具进行操作。

本领域中，传统的手工氩弧焊焊炬中设置有气路和冷却水回路，因此焊炬整体的尺寸比较大。而本发明提供的手工钨极氩弧焊焊炬，通过控制焊接操作时间对焊炬进行降温，以替代水冷降温，大大减小了焊炬本体的尺寸，因而可以省略焊炬本体内的冷却水回路。

具体地，在采用本发明中的手工钨极氩弧焊焊炬进行焊接时，优选采用间断式焊接方式进行焊接，每次焊接时间为10-50min，优选为20-40min，更优选为30min，之后中断焊接，对焊炬进行降温，待降至室温后，在重复进行焊接。

为了加快焊炬的降温速度，提高工作效率，进一步优选地，在对焊炬进行降温的过程中，可以采用风冷设备进行辅助降温。更进一步优选地，所述风冷设备为空气压缩机。

在一个优选的实施方式中，所述焊炬本体3的外径为5-30mm，所述焊炬本体3的壁厚为1-8mm，所述焊炬本体3的长度为5-20mm。

其中，焊炬本体的直径越小，长度越短，越有利于焊炬在狭小空间内进行偏转。但是，焊炬本体的尺寸会过小会对焊接过程中保护气体的保护效果产生影响。

进一步优选地，所述焊炬本体3的外径为10-15mm，所述焊炬本体3的壁厚为3-8mm，所述焊炬本体3的长度为5-15mm。

更优选地，所述焊炬本体3的外径为15mm，所述焊炬本体3的壁厚为5mm，所述焊炬本体3的长度为10mm。

其中，本发明人经过大量试验发现，当将焊炬本体的尺寸控制在上述范围之内时，焊接效果最好。

本发明另一方面提供了一种狭小空间焊道的分道焊接方法，其中，本方法中所述的狭小空间指的是坡口深度超过80mm，坡口宽度为10～25mm的坡口根部。

在一个优选的实施方式中，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据焊接坡口的尺寸选择焊炬。

在步骤1中：

对于坡口深度超过80mm，坡口宽度为10～25mm的狭小空间的坡口根部焊道进行焊接时，由于坡口深度大，操作空间狭小，焊炬在坡口根部的活动空间有限，因此需要根据坡口的具体尺寸选择焊炬本体和气体喷嘴的尺寸，并选择与焊炬本体和气体喷嘴尺寸相匹配的小直径导流体，开口电极夹和电极帽。

步骤2，设定焊接参数，实施焊接；

在步骤2中：

在进行坡口根部焊道焊接时，为了增强焊缝的强度，优选进行分道焊接。其中，在本发明中，所述分道焊接包括三道焊道，一道在坡口根部的左侧，一道在坡口根部的右侧，还有一道在坡口根部的中间。

优选地，本发明对三道焊道的焊接顺序不做特殊限定，先进行那一条焊道的焊接均可。

研究发现，钨极电极与工件的距离会直接影响焊缝的焊接质量和内外表面的形态。当二者之间的距离过小时，易造成焊缝外侧成形凹陷，并且容易烧损钨极造成焊缝夹钨；当二者之间的距离过大时，不能保证焊接电弧稳定，影响焊接质量。

优选地，在本发明中，控制钨极电极与工件的距离为3～10mm，进一步优选为3～7mm，更优选为5mm，以满足焊接要求。

在进行焊接时，焊接电流大小是决定焊缝熔深的最主要参数之一，过大或过小的焊接电流都会使焊缝成型不良或产生焊接缺陷。优选地，在本发明中，所采用的焊接电流为70-110A，进一步优选为70-90A，更优选为70A。

步骤3，停止焊接，冷却焊炬；

在步骤3中：

每次焊接10-50min，优选为20-40min，更优选为30min之后中断焊接，对焊炬进行降温，待降至室温后，在重复进行焊接。

为了加快焊炬的降温速度，提高工作效率，进一步优选地，在对焊炬进行降温的过程中，可以采用风冷设备进行辅助降温。更进一步优选地，所述风冷设备为空气压缩机。

步骤4，重复步骤2和3，直到完成焊接操作。

本发明提供的狭小空间焊道的分道焊接方法，焊炬可以完全伸入坡口内部，让钨极近距离接触工件，并保证枪体可以在坡口内进行偏转，实现根部焊道的分道焊接，其焊接过程稳定，焊缝成形美观，能够获得满足产品要求的焊接质量。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种手工钨极氩弧焊焊炬，其特征在于：所述焊炬包括气体喷嘴(1)、焊炬本体(3)和电极帽(5)。

2.根据权利要求1所述的焊炬，其特征在于：气体喷嘴(1)为圆锥形喷嘴，在焊炬本体(3)的外部设置有绝缘外壳。

3.根据权利要求1所述的焊炬，其特征在于：焊炬本体(3)一端与电极帽(5)连接，另一端连接有小直径导流体(2)，小直径导流体(2)插入气体喷嘴(1)的空腔内，并可与之螺纹固定连接。

4.根据权利要求1至3之一所述的焊炬，其特征在于：在焊炬内部设置有开口电极夹(4)，其位于焊炬本体(3)内，两端分别通过小直径导流体(2)和电极帽(5)之间内部空腔的轴向距离螺纹调整后紧固固定。

5.根据权利要求4所述的焊炬，其特征在于：通过小直径导流体(2)和电极帽(5)以顶紧开口电极夹(4)的方式，可以实现固定和夹紧电极(钨极)。

6.根据权利要求3至5之一所述的焊炬，其特征在于：在小直径导流体(2)上设置有与焊炬本体(3)连接的小螺纹段(21)和与气体喷嘴(1)螺纹连接的大螺纹段(22)。

7.根据权利要求4至6之一所述的焊炬，其特征在于：电极(钨极)安装在开口电极夹(4)中，在所述开口电极夹(4)的下端，设置有沿轴向的切口。

8.根据权利要求1至7之一所述的焊炬，其特征在于：所述电极帽(5)包括帽头(51)和顶杆(52)，在顶杆(52)上设置有外螺纹，顶杆(52)与焊炬本体(3)螺纹连接。

9.一种狭小空间焊道的分道焊接方法，采用根据权利要求1至8之一所述的焊炬进行焊接，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，根据焊接坡口的尺寸选择焊炬，

步骤2，设定焊接参数，实施焊接，

步骤3，停止焊接，冷却焊炬，

步骤4，重复步骤2和3，直到完成焊接操作。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

步骤2中，在进行坡口根部焊道焊接时，优选进行分道焊接，包括三道焊道，

步骤3中，每次焊接10-50min后中断焊接，对焊炬进行降温，待降至室温后，再重复进行焊接。

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