CN113695718B - 一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转tig焊枪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，包括钨极导电杆、长直导电轴和旋转驱动装置；长直导电轴开设有气体通道一和水冷通道；钨极导电杆开设有气体通道二和出气孔；长直导电轴与钨极导电杆连接，且气体通道一与气体通道二连通；长直导电轴与外部电源连接；长直导电轴远离钨极导电杆的一端设有用于连接外部供气装置和外部水冷装置的气水分布结构；钨极导电杆上设有钨电极；长直导电轴与旋转驱动装置连接，以实现长直导电轴旋转，从而带动钨极导电杆上的钨电极转动。该焊枪可有效缩小焊接作业部分的直径，使其可进入到极小直径管件内进行焊接作业，满足焊接空间极其严苛状况下的焊接需求，能得到优质的焊缝成形。

Description

一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪
技术领域
本发明涉及TIG焊接技术领域，更具体地说，涉及一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪。
背景技术
在焊接领域中，TIG焊能够实现高品质、高可靠性的焊接，尤其是在核电、航空和航天工业中的重要构件，如压力容器、轮机转子、换热器冷凝器列管等处，能够实现其他焊接方式所无法达到的焊接质量。
目前，在核电项目、石油化工项目中存在各种装备需要进行管件内壁焊接需要及修复。在管件外壁或者直径较大的管道内壁实现焊接比较容易，但是对于对应设备空间不允许管件外壁焊接时，以及在极小径管件内壁进行焊接时，因其焊接条件的苛刻性，空间要求的严格性，传统、常规的标准TIG焊枪无法进行焊接。因此中国发明专利申请《一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪和采用其的焊接方法》(公布号：CN108015386A)设计了一种小直径内壁堆焊的TIG焊枪，能够对最小直径75mm的接管内壁进行焊接。但是，对于具有极小直径(20mm以下)的管件内壁焊接需要时，如核电项目中管壳式换热器直列冷流体管件，该TIG焊枪无法实现现场焊接目的，而且对于具有一定深度(≥800mm)的待焊部位，该焊枪亦无法实现焊接与修复目的。因而，面向极小径管件内壁焊接，专用的极小直径深管TIG焊枪开发势在必行。
对于管件焊接而言，旋转钨极能够更合适更巧妙地实现稳定高效的管道对接及内壁裂缝的焊接。传统的旋转钨极TIG焊，它的旋转驱动装置与钨极紧密连接在一起，虽然能够实现钨极稳定的旋转运动，但是整体结构偏大，无法进入到极细管道内部进行焊接；TIG焊接时，需要水冷送气保护，在小直径管件内部由于空间的局限性，无法直接进行水冷送气装置的放置，其中中国实用新型专利《一种用于管件深孔焊接的TIG焊枪》(公告号：CN211360992U)中仅采用在焊枪下通过紧定螺栓安装通气管道，不仅占用了狭小的管件内部空间，而且该专利并没有给出水冷方案。因而面向极小径管件内壁焊接与修复的具有小空间旋转且同时具有水冷送气功能的专用TIG焊枪开发势在必行。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪；该焊枪可有效缩小焊接作业部分的直径，使其可进入到极小直径管件内进行焊接作业，满足焊接空间极其严苛状况下的焊接需求，能得到优质的焊缝成形。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：包括钨极导电杆、长直导电轴和旋转驱动装置；所述长直导电轴是指开设有气体通道一和水冷通道的金属长直导电轴；所述钨极导电杆是指开设有气体通道二和与气体通道二连通的一个以上出气孔的金属钨极导电杆；所述长直导电轴与钨极导电杆连接，且气体通道一与气体通道二连通；
所述钨极导电杆上设有钨电极；所述长直导电轴与外部电源连接，以将外部电源的电能依次通过长直导电轴和钨极导电杆传导至钨电极上；所述长直导电轴远离钨极导电杆的一端设有用于连接外部供气装置和外部水冷装置的气水分布结构，以实现外部供气装置输出的保护气体依次输入到气体通道一和气体通道二后从出气孔输出，以及实现外部水冷装置输出的冷却液流经水冷通道后返回到外部水冷装置中；
所述长直导电轴与旋转驱动装置连接，以实现长直导电轴旋转，从而带动钨极导电杆上的钨电极转动。
本发明焊枪，长直导电轴和钨极导电杆采用金属材质以直接实现导电，同时在长直导电轴直接开设气体通道一和水冷通道，在钨极导电杆直接开设气体通道二，以直接实现供气和水冷；在焊接过程中实现液体冷却和输出保护气体防止工件氧化功能；有效缩小长直导电轴和钨极导电杆的直径，使其可进入到极小直径管件内进行焊接作业，满足焊接空间极其严苛状况下的焊接需求。本发明焊枪能够在蒸发器、冷凝器等具有一定深度的极小径管件内壁内实现稳定高效的TIG焊接与修复，并能得到优质的焊缝成形。
优选地，所述钨极导电杆在钨电极和出气孔以外的区域的外侧以及长直导电轴外侧分别设有绝缘材料。焊枪在进入管件后与管壁之间的距离非常小，焊接时容易被高频电击穿，因此在钨极导电杆和长直导电轴外侧分别设有绝缘材料，可实现绝缘防护，提高焊枪的可靠性和安全性。
优选地，在长直导电轴靠近钨极导电杆的区域，水冷通道为设置在长直导电轴外表面的沟道，沟道通过套设在长直导电轴外侧的绝缘材料实现封闭形成水冷通道。该设计的好处是，可简化制作工艺，有利于进一步缩小长直导电轴直径，并达到更好的水冷效果。
优选地，所述钨极导电杆设有凹位；所述钨电极和出气孔分别设置在凹位中；钨电极略凸出于钨极导电杆的外表面。该方式可避免钨电极过于凸出于钨极导电杆外表面，可有效缩小焊枪伸入到管件端的整体尺寸，使焊枪能推广到更小直径的管件内壁焊接作业中。
优选地，所述出气孔为至少两个，各个出气孔分别围绕钨电极布设。保护气体从出气孔输出，提供气体保护。
优选地，所述长直导电轴远离钨极导电杆区域的外表面设有进气槽、进水槽和出水槽；所述进气槽、进水槽和出水槽分别是以长直导电轴中心轴上任一点为圆心的环形槽；进气槽设有进气孔以与气体通道一连通，进水槽设有进水孔以与水冷通道连通，出水槽设有出水孔以与水冷通道连通；
所述气水分布结构包括气水分布套；所述气水分布套套设在长直导电轴远离钨极导电杆区域外，并与长直导电轴可转动连接，以实现进气槽、进水槽和出水槽的封闭和相互分隔，从而分别形成进气腔、进水腔和出水腔；
所述气水分布套在与进气腔位置对应处设有进气管以与外部供气装置连接；气水分布套在与进水腔和出水腔的位置对应处分别设有进水管和出水管，以与外部水冷装置连接。
采用该结构的好处是，在长直导电轴转动过程中，气水分布套与长直导电轴之间可相对转动，在相对转动过程中也可以一直保持供气、供水和排水工作。在焊接过程中可只有长直导电轴和钨极导电杆转动而气水分布套、进气管、进水管、出水管等部分不转动，减少转动的器件，提高焊接位置精度，还可避免管体缠绕等问题。
优选地，所述进气槽、进水槽和出水槽还通过O型密封圈来加强相互分隔。具体方式是，在长直导电轴上开设环形槽，O型密封圈设置在环形槽中实现固定，该方式可保证气水分布互不干扰。
优选地，所述长直导电轴与气水分布套之间设有轴承。
优选地，所述旋转驱动装置包括电机和齿轮组；所述电机通过齿轮组与长直导电轴连接。
优选地，还包括带有容纳腔的外壳；所述外壳设置在长直导电轴远离钨极导电杆的一端；所述旋转驱动装置和气水分布结构位于外壳的容纳腔中。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明焊枪，长直导电轴和钨极导电杆采用金属材质以直接实现导电，同时在长直导电轴直接开设气体通道一和水冷通道，在钨极导电杆直接开设气体通道二，以直接实现供气和水冷，在焊接过程中实现液体冷却和输出保护气体防止工件氧化功能，有效缩小长直导电轴和钨极导电杆的直径，使其可进入到极小直径管件内进行焊接作业，满足焊接空间极其严苛状况下的焊接需求，能得到优质的焊缝成形；
2、本发明焊枪在钨极导电杆和长直导电轴外侧分别设有绝缘材料，可实现绝缘防护，提高焊枪的可靠性和安全性；
3、本发明焊枪具有良好的气体保护效果和水冷效果，结构简单，可简化制作工艺；焊枪可实现有效气水分隔，保证气水分布互不干扰。
附图说明
图1是本发明用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪的结构示意图；
图2是本发明用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪去除外壳后的结构示意图；
图3是本发明用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪去除外壳和气水分布套后的结构示意图之一；
图4是本发明用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪去除外壳和气水分布套后的结构示意图之二；
图5是本发明用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪中钨极导电杆的结构示意图；
图6是本发明用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪中长直导电轴的结构示意图；
其中，1为电机、2为电法兰、3为一级圆柱齿轮、4为二级圆柱齿轮、5为三级圆柱齿轮、6为进气槽、7为后齿轮定位套、8为进水槽、9为出水槽、10为前轴承压盖、11为长直导电轴、12为钨极导电杆、13为钨电极、14为O型密封圈、15为进气管、16为进水管、17为出水管、18为接线耳、19为焊接电缆、20为电缆保护头、21为轴承、22为气水分布套、23为水冷通道、24为气体通道一、25为气体通道二、26为出气孔、27为钨极安装腔、28为安装孔、29为平键槽、30为出水孔。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
如图1至图6所示，本实施例一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，包括长直导电轴11、钨极导电杆12和旋转驱动装置。
长直导电轴11和钨极导电杆12由金属材质制成，长直导电轴11与钨极导电杆12连接。
旋转驱动装置包括电机1和齿轮组；本实施例中焊枪还包括带有容纳腔的外壳；旋转驱动装置位于外壳的容纳腔中。齿轮组包括依次啮合的一级圆柱齿轮3、二级圆柱齿轮4和三级圆柱齿轮5；电机1通过电法兰2与一级圆柱齿轮3连接，三级圆柱齿轮5与长直导电轴11连接并通过平键和平键槽29配合来实现定位。实际应用中，齿轮组也可以采用其它方式。旋转驱动装置可带动长直导电轴11旋转。
长直导电轴11开设有气体通道一24和水冷通道23；钨极导电杆12开设有气体通道二25和与气体通道二25连通的一个以上出气孔26；气体通道一24与气体通道二25连通。
长直导电轴11远离钨极导电杆12的一端设有用于连接外部供气装置和外部水冷装置的气水分布结构。
具体地说，长直导电轴11远离钨极导电杆12区域的外表面设有进气槽6、进水槽8和出水槽9；进气槽6、进水槽8和出水槽9分别是以长直导电轴11中心轴上任一点为圆心的环形槽；进气槽6设有进气孔以与气体通道一24连通，进水槽8设有进水孔以与水冷通道23连通，出水槽9设有出水孔30以与水冷通道23连通。
气水分布结构包括气水分布套22；气水分布套22套设在长直导电轴11远离钨极导电杆12区域外，并与长直导电轴11可转动连接，以实现进气槽6、进水槽8和出水槽9的封闭和相互分隔，从而分别形成进气腔、进水腔和出水腔。气水分布套22在与进气腔位置对应处设有进气管15以与外部供气装置连接；气水分布套22在与进水腔和出水腔的位置对应处分别设有进水管16和出水管17，以与外部水冷装置连接。外部供气装置输出的保护气体依次输入到气体通道一24和气体通道二25后从出气孔26输出。外部水冷装置输出的冷却液流经水冷通道23后返回到外部水冷装置中，以达到冷却长直导电轴及焊枪作用。长直导电轴11与气水分布套22之间优选设有轴承21。
采用该结构的好处是，在长直导电轴11转动过程中，气水分布套22与长直导电轴11之间可相对转动，在相对转动过程中也可以一直保持供气、供水和排水工作。在焊接过程中可只有长直导电轴11和钨极导电杆12转动而气水分布套22、进气管15、进水管16、出水管17等部分不转动，减少转动的器件，提高焊接位置精度，还可避免管体缠绕等问题。
进气槽6、进水槽8和出水槽9还通过O型密封圈14来加强相互分隔。具体方式是，在长直导电轴11上开设环形槽，O型密封圈14设置在环形槽中实现固定；O型密封圈14与气水分布套22紧密配合，阻隔了水气相互干扰，提高了机构使用稳定性。
钨极导电杆12上设有钨电极13，长直导电轴11旋转时带动钨极导电杆12上的钨电极13转动。
本发明焊枪，长直导电轴11和钨极导电杆12采用金属材质以直接实现导电，同时在长直导电轴11直接开设气体通道一24和水冷通道23，在钨极导电杆12直接开设气体通道二25，以直接实现供气和水冷，有效缩小长直导电轴11和钨极导电杆12的直径，使其可进入到极小直径管件内进行焊接作业，满足焊接空间极其严苛状况下的焊接需求。
钨极导电杆12设有凹位；钨电极13和出气孔26分别设置在凹位中；钨电极13略凸出于钨极导电杆12的外表面。进一步地，凹位设有钨极安装腔27；钨极安装腔27的腔壁开设有安装孔28；钨电极13插接在钨极安装腔27中并通过设置在安装孔28中的连接件固定。该方式可避免钨电极13过于凸出于钨极导电杆12外表面，可有效缩小焊枪伸入到管件端的整体尺寸，使焊枪能推广到更小直径的管件内壁焊接作业中。本实施例中，出气孔26为八个，保护气体从出气孔26输出，提供气体保护。实际应用中，出气孔的数量可以是一个以上，例如，一、二、三......，可根据保护气体排放量和均匀程度进行设计，当出气孔为多个时，优选各个出气孔分别围绕钨电极布设。
长直导电轴11通过接线耳18、焊接电缆19、电缆保护头20与外部电源连接，以将外部电源的电能依次通过长直导电轴11和钨极导电杆12传导至钨电极13上，实现TIG焊时能量的传输。
钨极导电杆12在钨电极13和出气孔26以外的区域的外侧以及长直导电轴11外侧分别设有绝缘材料。焊枪在进入管件后与管壁之间的距离非常小，焊接时容易被高频电击穿，因此在钨极导电杆12和长直导电轴11外侧分别设有绝缘材料，可实现绝缘防护，提高焊枪的可靠性和安全性。例如长直导电轴11外表面包络四氟热缩管，焊枪所有导电部分采用完全绝缘防护。
在长直导电轴11靠近钨极导电杆12的区域，水冷通道23为设置在长直导电轴11外表面两侧的沟道，沟道通过套设在长直导电轴11外侧的绝缘材料实现封闭形成水冷通道23。该设计的好处是，可简化制作工艺，有利于进一步缩小长直导电轴11直径，并达到更好的水冷效果。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、更新颖的水路气路通道设计：传统焊枪在外部添加水冷供气装置的结构使传统焊枪在空间设计上无法达到在小直径深管内壁焊接的目的，与传统不同，本发明在长直导电轴本身开有用于供气和水冷的通道，完成水冷送气；本发明应用在小直径(10mm-50mm)管道内壁焊接与修复，焊接空间极其严苛，采用在长直导电轴开槽通孔以完成水冷供气，机构新颖，设计巧妙；
2、更灵活的动力传动方式设计：采用电机与齿轮之间的齿轮啮合配合，以达到动力传递的目的；在进行焊接修复时，仅将长直导电轴和钨极导电杆伸进至管件内，而驱动钨电极的转驱动装置则位于管件外；结构简单，相比于其他旋转TIG焊，具备体积优势与特定极小径管件内壁焊接场景的应用优势；
3、更安全的能量传递设计：本发明长直导电轴采用金属腔体结构，具有通电等作用；焊枪进入管件后与管壁之间的距离非常小，焊接时容易被高频电击穿，钨极导电杆12和长直导电轴11外侧分别设有绝缘材料，起绝缘防护作用；在水冷送气初始部位由O型密封圈阻隔了水气的相互干扰，提高了机构使用稳定性；
4、更宽的工况适用性：本发明焊枪结构细长，直径可小于17mm，长度可超过800mm，可以随着焊接管件直径的不同以及焊接管件焊接位置的不同，调整焊枪伸入管件内的长度，使焊枪能够适用更多的管件焊接位置，远程可达使焊枪具有更宽的工况适用性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：包括钨极导电杆、长直导电轴和旋转驱动装置；所述长直导电轴是指开设有气体通道一和水冷通道的金属长直导电轴；所述钨极导电杆是指开设有气体通道二和与气体通道二连通的一个以上出气孔的金属钨极导电杆；所述长直导电轴与钨极导电杆连接，且气体通道一与气体通道二连通；
所述钨极导电杆上设有钨电极；所述长直导电轴与外部电源连接，以将外部电源的电能依次通过长直导电轴和钨极导电杆传导至钨电极上；所述长直导电轴远离钨极导电杆的一端设有用于连接外部供气装置和外部水冷装置的气水分布结构，以实现外部供气装置输出的保护气体依次输入到气体通道一和气体通道二后从出气孔输出，以及实现外部水冷装置输出的冷却液流经水冷通道后返回到外部水冷装置中；
所述长直导电轴与旋转驱动装置连接，以实现长直导电轴旋转，从而带动钨极导电杆上的钨电极转动；
所述钨极导电杆设有凹位；所述钨电极和出气孔分别设置在凹位中；钨电极略凸出于钨极导电杆的外表面；
所述长直导电轴远离钨极导电杆区域的外表面设有进气槽、进水槽和出水槽；所述进气槽、进水槽和出水槽分别是以长直导电轴中心轴上任一点为圆心的环形槽；进气槽设有进气孔以与气体通道一连通，进水槽设有进水孔以与水冷通道连通，出水槽设有出水孔以与水冷通道连通；
所述气水分布结构包括气水分布套；所述气水分布套套设在长直导电轴远离钨极导电杆区域外，并与长直导电轴可转动连接，以实现进气槽、进水槽和出水槽的封闭和相互分隔，从而分别形成进气腔、进水腔和出水腔；
所述气水分布套在与进气腔位置对应处设有进气管以与外部供气装置连接；气水分布套在与进水腔和出水腔的位置对应处分别设有进水管和出水管，以与外部水冷装置连接。
2.根据权利要求1所述的用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：所述钨极导电杆在钨电极和出气孔以外的区域的外侧以及长直导电轴外侧分别设有绝缘材料。
3.根据权利要求2所述的用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：在长直导电轴靠近钨极导电杆的区域，水冷通道为设置在长直导电轴外表面的沟道，沟道通过套设在长直导电轴外侧的绝缘材料实现封闭形成水冷通道。
4.根据权利要求1所述的用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：所述出气孔为至少两个，各个出气孔分别围绕钨电极布设。
5.根据权利要求4所述的用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：所述进气槽、进水槽和出水槽还通过O型密封圈来加强相互分隔。
6.根据权利要求4所述的用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：所述长直导电轴与气水分布套之间设有轴承。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：所述旋转驱动装置包括电机和齿轮组；所述电机通过齿轮组与长直导电轴连接。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于极小直径管内壁焊接与修复的旋转TIG焊枪，其特征在于：还包括带有容纳腔的外壳；所述外壳设置在长直导电轴远离钨极导电杆的一端；所述旋转驱动装置和气水分布结构位于外壳的容纳腔中。
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