一種同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置及其焊槍的製作方法
2023-05-24 00:45:11
本實用新型涉及一種利用自動化專機實現焊接過程全部自動化的同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置，屬於焊接自動控制技術領域。
背景技術：
TIG這種焊接方法由於採用惰性氣體保護，電弧燃燒相當穩定，焊縫質量十分優異，是高端工業部門焊接製件和精密零部件首選的焊接工藝方法。但是TIG焊由於其電極的載流能力有限，電弧功率受到限制，熔敷速度低，尤其是中等厚度的焊接結構，需要開坡口和多層焊。熱絲TIG焊是在普通冷絲TIG焊的基礎上加一個單獨的熱絲電源對焊絲進行預熱，使得焊絲在被送入熔池前加熱到300～500℃，不改變焊接線能量的情況下增加焊絲熔化速度，從而提高焊接生產效率。因此，與冷絲相比，熱絲TIG焊的熔敷率得到提高，從而提高了焊接效率。
現有熱絲TIG焊是採用外置電阻加熱的方法預熱焊絲，即：在焊絲送入熔池前，在焊絲上通過一定的電流，利用焊絲自身電阻產熱實現焊絲預熱，這樣，在工件和焊絲之間存在一條與主焊接迴路相鄰的熱絲電流迴路。但在熱絲電流迴路所形成的磁場中，焊接電弧必然受到一個磁場力的作用而偏離原來的方向，產生磁偏吹，磁偏吹在熱絲TIG焊中會對焊縫形狀和電弧的準確定位產生不利的影響；而且這種工藝較適用於碳鋼、不鏽鋼等電阻率較大的材料的焊接，但它很難應用於銅、鋁等高導電率材料的焊接上，電流加熱效率低，焊絲達不到合適的溫度，所以到目前為止，傳統熱絲TIG焊還不適合用於銅、鋁及其合金的焊接；另外，焊絲在進入熔池前的被氧化難以控制。目前，銅合金、鋁合金大量應用在國防、核電等領域，適用於銅合金、鋁合金的TIG焊焊接技術無疑要在熔敷效率、預熱效果、焊縫質量方面進一步提升。
克服TIG焊的上述缺陷，國內外研究人員做了大量的工作，湧現出多種TIG焊焊接技術，比如窄間隙熱絲TIG焊，
目前針對熱絲TIG焊槍的改進已有很多，但是很少能夠解決上述問題，如中國專利申請號為：201010233844.2，公開日為：2010年11月24日的專利文獻，公開了一種窄間隙熱絲TIG焊槍，包括焊槍角擺裝置、前送氣保護裝置、背保護氣罩裝置和送絲裝置，前送氣保護裝置連接在焊槍角擺裝置上，送絲裝置和背保護氣罩裝置同時連接在焊槍角擺裝置的外殼上，焊槍角擺裝置包括步進電機、主動齒輪、過渡齒輪、角擺齒輪和角擺槍桿，主動齒輪固定在步進電機的輸出軸上，過渡齒輪分別與主動齒輪和角擺齒輪嚙合，角擺槍桿固定於角擺齒輪的中心，其內外設置有連通的水冷管。該方案重在於改善焊接環境、降低工人勞動強度、調高工作效率，但它的熱絲結構較為複雜，造成焊槍結構臃腫複雜，且無法避免焊絲預熱導致的磁偏吹問題，同時，也不適合銅、鋁及其合金等高導電材料的焊接。
技術實現要素：
1、要解決的問題
為了解決現有熱絲TIG焊存在焊絲預熱帶來的磁偏吹，及難以應用於高導電率材料焊接的問題，本實用新型提供了一種同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置及其焊槍，該裝置的焊槍集TIG、MIG、MAG焊槍的優點於一體，能夠在不產生焊接磁偏吹的前提下對焊絲進行預熱，適合銅、鋁及其合金等高導電材料的焊接，避免焊接中焊絲氧化，相比於現有熱絲TIG焊，其在熔敷效率、預熱效果、焊接速度、焊縫質量等方面得到了全面的提升。
2、技術方案
為解決上述問題，本實用新型採用如下的技術方案。
一種TIG焊槍，包括槍體和空心鎢管，槍體的前端設置有噴嘴；所述的空心鎢管設置在槍體中，空心鎢管的前端位於噴嘴內靠近噴嘴的出口處，空心鎢管連接有進氣管，進氣管用於接焊接保護氣體氣源。
作為本實用新型的進一步改進，還包括鎢極和導流件；所述的空心鎢管通過鎢管夾頭固定在槍體中，導流件夾持鎢管夾頭的外壁；所述的鎢極通過鎢極夾頭固定在槍體內，鎢極的一端伸到噴嘴的出口處，鎢極夾頭與導流件相接觸。
作為本實用新型的進一步改進，所述的空心鎢管設置在槍體的中心位置；所述的鎢極具有3根，呈圓周分布在空心鎢管的四周。
一種同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置，包括焊槍；所述的焊槍採用上述的TIG焊槍。
作為本實用新型的進一步改進，還包括送絲裝置和供氣裝置；所述的送絲裝置用於輸送焊絲，將焊絲穿入空心鎢管內並從空心鎢管的前端伸出噴嘴外；所述的供氣裝置與進氣管連接，用於向空心鎢管內輸送保護氣；所述的導流件連接控制電路。
作為本實用新型的進一步改進，還包括冷卻裝置；所述的槍體上設有連接冷卻裝置的進水口和出水口，冷卻裝置用於焊接時向槍體內通水降溫。
上述的同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置在銅合金、鋁合金焊接中的應用。
一種同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置的焊接方法，其操作步驟如下：
①焊前準備
對待焊工件打坡口，並清理坡口兩側20～30mm範圍內的油汙、氧化膜及水分；
②引弧
接通焊接電源，同時供氣裝置通過進氣管向空心鎢管中通入保護氣，驅除空心鎢管、噴嘴內空氣及焊接區空氣，形成保護氣氛，通氣1.5～4s後，焊槍引弧；
③送絲焊接
將焊槍移至焊接起始點，同時送絲裝置通過空心鎢管不斷輸送焊絲，移動焊槍進行焊接；
④焊接完成
焊接結束時，依次熄弧、停止送絲、斷氣，使焊接電流緩降，最後關閉焊接電源，完成焊接操作。
作為本實用新型的進一步改進，所述的步驟③的焊接過程中，向焊槍內通水冷卻，可採用臨時墊板，墊板材料為石墨或不鏽鋼，墊板厚度為2～5mm，寬度為20～50mm。
作為本實用新型的進一步改進，所述的步驟③焊接時，空心鎢管中氣體流量為4～15L/min，焊接速度為250～500mm/min；所述的步驟④中，在電弧熄滅後繼續通氣5～10s，斷氣後再將焊槍從焊點移走。
3、有益效果
相比於現有技術，本實用新型的有益效果為：
(1)本實用新型的TIG焊槍結構設計精巧合理而富有創意，適合各種接頭形式的焊接，可實現全自動化操作，並可自由移動和輕鬆更換場地，節約了成本和空間，實現了多功能、人性化設計，該焊槍集TIG、MIG、MAG焊槍的優點於一體，能夠在不產生焊接磁偏吹的前提下對焊絲進行預熱，實現了銅、鋁及其合金等高導電材料的焊接，避免焊接中焊絲氧化，相比於現有熱絲TIG焊，其在熔敷效率、預熱效果、焊接速度、焊縫質量等方面得到了全面的提升，且電弧引燃容易，燃燒穩定；
(2)本實用新型的TIG焊槍，在槍體內設置空心鎢管，保護氣和焊絲均通過空心鎢管輸送到噴嘴，焊接時，通過空心鎢管產生的電弧對焊絲進行加熱，其在焊絲進入熔池前進行預熱和氣體保護，焊絲完全包裹在保護氣氛中，大大提升了預熱效果且避免了被加熱焊絲的氧化，減少了電弧熔化焊絲的能量，減少氣孔等焊接缺陷的產生，提高焊縫質量；並且根據不同的電弧輸出功率，可得到的熱絲溫度範圍比傳統熱絲大大拓寬，傳統熱絲TIG焊送入熔池前加熱到300～500℃，而本實用新型焊絲預熱溫度可達680℃；
(3)傳統的TIG焊槍還存在焊槍與焊絲之間的距離問題，距離太長，氣體保護效果不好，易被氧化，距離太近，容易發生觸碰，汙染鎢極尖端，影響焊接的視線，本實用新型TIG焊裝置通過送絲裝置將焊絲自動送絲到空心塢極內，可以精確的控制焊槍和焊絲的距離，避免鎢極尖端汙染，鎢極壽命長；
(4)傳統TIG焊鎢棒承載電流能力較差，過大的電流會引起鎢棒的熔化和蒸發，其微粒有可能進入熔池面引起夾鎢，其焊接電流的大小會受到鎢棒的限制，熔敷速率較小，生產效率低，而本實用新型TIG焊槍採用三個3根鎢極，同時採用電弧預熱的空心鎢管，3根鎢極均布在空心鎢管四周，將其包圍，許用焊接電流大且集中，熔池深而窄，焊接生產率高，焊件的收縮應力和變形相比現有技術得到大大減小；在焊接厚度方面，傳統TIG焊，焊接厚度小於6mm工件，本實用新型的焊接厚度可達到20mm以上；
(5)採用本實用新型的同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置焊接，形成正面焊縫餘高，減緩了焊散熱快，使得電弧熱量更為集中，焊縫成形美觀，提高焊接性能。
附圖說明
圖1為本實用新型同軸多鎢極共熔池TIG焊焊槍的主視結構示意圖；
圖2為本實用新型同軸多鎢極共熔池TIG焊焊槍的左視結構示意圖；
圖3為本實用新型同軸多鎢極共熔池TIG焊焊槍的右視結構示意圖；
圖4為圖3中A-A的剖視圖。
圖中：1、焊絲；2、進氣管；3、空心鎢管；4、鎢極；5、槍體；6、鎢管夾頭；7、鎢極夾頭；8、導流件；9、噴嘴。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖對本實用新型進一步進行描述。
實施例1
如圖1至圖4所示，本實施例的一種TIG焊槍，包括槍體5、空心鎢管3、鎢極4和導流件8；其中，槍體5的前端設置有噴嘴9；空心鎢管3設置在槍體5中的中心位置，空心鎢管3的前端位於噴嘴9內靠近噴嘴9的出口處，空心鎢管3連接有進氣管2，進氣管2用於接焊接保護氣體氣源；空心鎢管3通過鎢管夾頭6固定在槍體5中，導流件8夾持鎢管夾頭6的外壁。所述的鎢極4通過鎢極夾頭7固定在槍體5內，鎢極4的一端伸到噴嘴9的出口處，鎢極夾頭7與導流件8相接觸。本實施例中，鎢極4具有3根，呈圓周分布在空心鎢管3的四周。另外，噴嘴9的出口的中心位置處陣列圓形設置有3個呈三角形的凸臺，用於支撐焊絲1，對焊絲1起定位導向作用，放置焊絲1焊接過程中位置偏移。
本實施例的TIG焊槍，結構設計精巧合理而富有創意，適合各種接頭形式的焊接，可實現全自動化操作，並可自由移動和輕鬆更換場地，節約了成本和空間，實現了多功能、人性化設計，該焊槍集TIG、MIG、MAG焊槍的優點於一體，能夠在不產生焊接磁偏吹的前提下對焊絲進行預熱，適合銅、鋁及其合金等高導電材料的焊接，避免焊接中焊絲氧化，相比於現有熱絲TIG焊，其在熔敷效率、預熱效果、焊接速度、焊縫質量等方面得到了全面的提升，且電弧引燃容易，燃燒穩定。
該TIG焊槍在槍體5內設置空心鎢管3，保護氣和焊絲1均通過空心鎢管3輸送到噴嘴9處，焊接時，通過空心鎢管3產生的電弧對焊絲1進行加熱，其在焊絲1進入熔池前進行預熱和氣體保護，焊絲完全包裹在保護氣氛中，大大提升了預熱效果且避免了被加熱焊絲的氧化，減少了電弧熔化焊絲的能量，減少氣孔等焊接缺陷的產生，提高焊縫質量；並且根據不同的電弧輸出功率，可得到的熱絲溫度範圍比傳統熱絲大大拓寬，傳統熱絲TIG焊送入熔池前加熱到300～500℃，而採用該焊槍焊絲預熱溫度可達680℃。
實施例2
本實施例的一種同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置，包括實施例1的TIG焊槍、送絲裝置、供氣裝置和冷卻裝置；其中，所述的送絲裝置用於輸送焊絲1，將焊絲1送入空心鎢管3內並從空心鎢管3的前端伸出噴嘴9外；所述的供氣裝置與進氣管2連接，用於向空心鎢管3內輸送保護氣；所述的導流件8連接控制電路；所述的槍體5上設有連接冷卻裝置的進水口和出水口，冷卻裝置用於焊接時向槍體5內通水降溫。
傳統的TIG焊槍還存在焊槍與焊絲之間的距離問題，距離太長，氣體保護效果不好，易被氧化，距離太近，容易發生觸碰，汙染鎢極尖端，影響焊接的視線，本實施例TIG焊裝置通過送絲裝置將焊絲1自動送絲到空心塢管3內，可以精確的控制焊槍和焊絲的距離，避免鎢極尖端汙染，鎢極壽命長。採用本該同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置進行焊接，形成正面焊縫餘高，減緩了焊散熱快，使得電弧熱量更為集中，焊縫成形美觀，提高焊接性能。
實施例3
本實施例的提供了一種同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置的焊接方法，採用實施例2的同軸多鎢極共熔池TIG焊裝置對銅合金或鋁合金進行焊接，具體操作步驟如下：
①焊前準備
對待焊工件打坡口，並清理坡口兩側20～30mm範圍內的油汙、氧化膜及水分；
②引弧
接通焊接電源，同時供氣裝置通過進氣管2向空心鎢管3中通入保護氣，驅除空心鎢管3、噴嘴9內空氣及焊接區空氣，形成保護氣氛，通氣1.5～4s後，焊槍引弧；
③送絲焊接
將焊槍移至焊接起始點，同時送絲裝置通過空心鎢管3不斷輸送焊絲1，移動焊槍進行焊接；此步驟中，通過冷卻裝置向焊槍內通水冷卻，採用臨時墊板，墊板材料為石墨或不鏽鋼，墊板厚度為2～5mm，寬度為20～50mm。在焊接過程中，空心鎢管3中氣體流量控制為4～15L/min，焊接速度為250～500mm/min。
④焊接完成
焊接結束時，依次熄弧、停止送絲、斷氣，使焊接電流緩降，最後關閉焊接電源，完成焊接操作。本步驟中，需要注意的是在電弧熄滅後繼續通氣5～10s，斷氣後再將焊槍從焊點移走。
焊後對焊縫進行檢測，焊縫表面無氣孔及夾渣，無焊滴附著，無裂紋及電弧擦傷，焊縫與母材圓滑過渡，接頭勻直，無凹坑錯邊，無根部收縮，焊縫餘高均勻，焊縫質量高。