一種陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔tig焊接裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于焊接設備技術領域，涉及一種陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置。該焊接裝置，包括鎢極、焊炬外體、導電體、導電嘴、導電棒、氣罩；鎢極被鎢極夾加持，通過導電嘴固定到導電體上；導電體裝配在焊炬外體內(nèi)，其上、下兩端分別安裝有上、下絕緣套筒；氣罩固定在焊炬外體外部，導電棒與導電體連接；氣罩上設有導磁體，導磁體固定在氣罩上；導磁體外部設有絕緣限位套；絕緣限位套上均勻纏繞有磁控線圈。本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，通過對陰極的強制冷卻和對電弧的電磁壓縮作用，使焊接過程中的電弧呈拘束狀態(tài)，實現(xiàn)厚壁構件不開坡口條件下的大熔深鎖孔焊接，獲得高質(zhì)量的焊縫。
【專利說明】
一種陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于焊接設備技術領域，涉及一種陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置。
【背景技術】
[0002]媽極氬弧焊(也稱TIG焊)是“惰性氣體保護媽極電弧焊”(Tungsten Inert Gasarc Welding)的簡稱，其原理是通過不熔化的鎢電極產(chǎn)生焊接電弧填充或不填充焊絲最終使待焊工件達到金屬原子間的連接，主要用于碳鋼、不銹鋼、鋁合金以及其他有色金屬材料的焊接。傳統(tǒng)的TIG焊焊接過程穩(wěn)定，焊縫成形和焊接接頭質(zhì)量良好，由于其熔深淺、焊接效率低，傳統(tǒng)TIG焊一般僅用于薄壁構件的焊接以及厚大構件的打底焊。
[0003]針對傳統(tǒng)TIG焊熔深淺的弊端，鎖孔效應TIG焊應運而生，其原理是通過對鎢極及氣罩的強力冷卻作用在大電流作用下實現(xiàn)3-16mm厚材料的穿孔焊接，焊接過程不需要填充焊絲，焊接效率得到了較大的提高。國內(nèi)實用新型專利201420318497.7公布了一種鎖孔效應TIG深熔焊焊槍，在傳統(tǒng)TIG焊槍的基礎上設計了鎢極和氣罩的強制冷卻系統(tǒng)，通過大電流TIG方式實現(xiàn)了鎖孔效應深熔焊。
[0004]上述方法僅通過對鎢極和氣罩的冷卻從而獲得大電流的方式達到鎖孔效應的目的，電弧壓力主要依靠大電流維持，并呈線性關系，焊接過程中易出現(xiàn)保護氣流擾動，影響保護效果;其次，由于焊接速度較快熔池流動不充分易產(chǎn)生焊縫余高較大、咬邊等缺陷，因此以上方法對于提高焊縫質(zhì)量方面、優(yōu)化焊接工藝、擴大小孔TIG焊接適用性等方面受到限制。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有TIG焊及深熔TIG焊應用范圍小、焊縫成型差、咬邊等缺陷，通過陰極強制冷卻以及徑向磁場對焊接電弧的徑向壓縮作用，使得TIG電弧能量密度進一步提高，提高了鎖孔TIG焊接的適用性，并且電弧中帶電粒子在徑向磁場中受洛倫茲力作用呈螺旋向下高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，可對熔池進行機械攪拌，有利于熔池中的氣體逸出和鋪展成型，在克服焊后焊縫未焊透、成型差、咬邊等方面獲得良好的效果。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，包括鎢極、焊炬外體、導電體、導電嘴、導電棒、氣罩;所述的鎢極被鎢極夾加持，通過導電嘴固定到導電體上;所述的導電體裝配在焊炬外體內(nèi)，其上、下兩端分別安裝有上、下絕緣套筒;氣罩固定在焊炬外體外部，導電棒與導電體連接;氣罩上設有導磁體，所述的導磁體固定在氣罩上；導磁體外部設有絕緣限位套;絕緣限位套上均勻纏繞有磁控線圈;磁控線圈的兩端分別連接冷卻水進水管和冷卻水出水管。
[0007]所述下絕緣套筒與導電體，及下絕緣套筒與焊炬外體之間均設有O型密封圈，下絕緣套筒分別與導電體和焊炬外體之間形成兩個水道;下絕緣套筒連接冷卻水進水管，焊炬外體連接冷卻水出水管;兩個水通道通過下絕緣套筒上開設的通孔相連通。通過冷卻水在兩個水通道之間的循環(huán)，對鎢極和焊炬進行冷卻。
[0008]在氣罩和焊炬外體之間安裝有絕緣套。
[0009]所述鎢極端部為對稱錐形，直徑為6mm，端部錐角為60°。
[0010]磁控線圈的兩端分別連接冷卻水進水管和冷卻水出水管，通過冷卻水在磁控線圈內(nèi)循環(huán)達到冷卻線圈的目的。
[00?1 ] 所述的磁控線圈材料為直徑6mm的紫銅管，每層線圈間距為2mm，當線圈接入交變電源后產(chǎn)生縱向交變磁場對焊接電弧進行壓縮。
[0012]所述線圈使用的磁控電源具有直流和交流兩種勵磁方式，交流狀態(tài)下輸出頻率在500-5000HZ內(nèi)可調(diào)，工作狀態(tài)為恒流模式。
[0013]所述導磁體為Q235材料，磁控線圈、導磁體、氣罩、焊炬外體、導電體、鎢極為由外到內(nèi)依次設置的同軸結(jié)構。
[0014]所述上、下絕緣套筒均為高強度絕緣塑料，絕緣套為陶瓷材料。
[0015]本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，通過對陰極的強制冷卻和對電弧的電磁壓縮作用，使焊接過程中的電弧呈拘束狀態(tài)，可獲得能量密度集中、高速旋轉(zhuǎn)的TIG電弧，可實現(xiàn)厚壁構件不開坡口條件下的大熔深鎖孔焊接，獲得高質(zhì)量的焊縫，可大幅提升焊接效率并極大的節(jié)約焊接成本，具有巨大的工業(yè)應用價值。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置中心軸向剖面圖；
[0017]圖2為本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置焊接過程示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖以及具體實施例對本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接設備進行詳細說明。
[0019]如圖1所示，本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，包括媽極7、焊炬外體、導電體5、導電嘴13、導電棒18、氣罩11，媽極7被媽極夾14加持，并通過導電嘴13固定到導電體5上，導電體5裝配在焊炬外體3內(nèi)，其上、下兩端分別安裝有上絕緣套筒4、下絕緣套筒6，頂部端蓋I在頂部鎖緊螺母2的作用下對焊炬外體3內(nèi)部構件進行徑向固定，氣罩11固定在焊炬外體3外部，絕緣套15被安裝在氣罩11和焊炬外體3之間。導電棒18與導電體5連接，保護氣管19與上絕緣套筒4連接。
[0020]導磁體10通過壓緊蓋板12固定在氣罩11上；導磁體10外部設有絕緣限位套8;絕緣限位套8上均勻纏繞有磁控線圈9;磁控線圈9的兩端分別連接冷卻水進水管17和冷卻水出水管16。線圈材料為直徑6mm的紫銅管，每層線圈間距為2_，紫銅管內(nèi)通入冷卻水，通過冷卻水在紫銅管內(nèi)循環(huán)實現(xiàn)對線圈的冷卻。當線圈接入交變電源后產(chǎn)生縱向交變磁場對焊接電弧進行壓縮。
[0021]下絕緣套筒6與導電體5，及下絕緣套筒6與焊炬外體3之間均設有O型密封圈，下絕緣套筒6分別與導電體5和焊炬外體3之間形成兩個水通道;下絕緣套筒6連接冷卻水進水管17，焊炬外體3連接冷卻水出水管17;兩個水通道通過下絕緣套筒6上開設的通孔相連通，分別對鎢極和焊炬進行循環(huán)冷卻。
[0022]本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置鎢極端部為對稱錐形，直徑為6mm，端部錐角為60°。
[0023]本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置線圈使用的磁控電源具有直流和交流兩種勵磁方式，交流狀態(tài)下輸出頻率在500-5000HZ內(nèi)可調(diào)，工作狀態(tài)為恒流模式。
[0024]本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置導磁體為Q235材料，線圈、導磁體、氣罩、焊炬外體、導電體、鎢極為由外到內(nèi)依次設置的同軸結(jié)構。
[0025]本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置上、下絕緣套筒均為高強度絕緣塑料，絕緣套15為陶瓷材料。
[0026]本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，焊接電源選用奧太WSME-630型焊機，直流反接時脈沖電流、頻率、占空比可調(diào)。磁控電源為自制電源，勵磁方式可選擇直流和交流方式，交流方式下交變頻率在500-5000HZ范圍內(nèi)可調(diào)。冷卻循環(huán)水設備選用CW-5300型冷水機，冷卻水最低溫度可達1.5°C。
[0027]本實用新型的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，工作原理如下:氣路通道:保護氣體經(jīng)保護氣管19進入，通過導電體5內(nèi)腔并在導電體下端導氣孔處流出進入氣罩11內(nèi)部，焊接時對鎢極進行保護。
[0028]導電通道:焊接電源與導電棒18固定連接，導電棒18、導電體5、鎢極夾14、導電嘴13及鎢極7連接后形成導電通道，并通過上絕緣套筒4和下絕緣套筒6與焊炬外體絕緣，焊接時焊接電流在鎢極尖端與工件之間形成焊接電弧并穩(wěn)定燃燒。
[0029]冷卻水循環(huán)系統(tǒng):冷水機出水口與冷卻水進水管17及磁控線圈9上端連接，冷卻水出水管16及磁控線圈9下端與冷水機進水口連接，冷卻水經(jīng)過磁控線圈9循環(huán)，形成一路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，對磁控線圈進行冷卻。冷卻水經(jīng)冷卻水進水管17分別流經(jīng)下絕緣套筒6與導電體5、下絕緣套筒6與焊炬外體3之間的循環(huán)水通道，最后從冷卻水出水管16流出，形成另一路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，對鎢極和焊炬進行冷卻。
[0030]磁控系統(tǒng):磁控電源分別與磁控線圈9兩端連接，工作時磁控電源產(chǎn)生的勵磁電流經(jīng)過磁控線圈后產(chǎn)生縱向或縱向交變磁場對焊接電弧及熔池產(chǎn)生影響。
[0031]焊接時依次建立水、電、氣連接后，先開啟冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，啟動磁控電源、焊接電源，設定合適的參數(shù)后即可開始焊接。如圖2所示，焊接過程中，電弧在徑向磁場的壓縮作用下能量集中，在熔池前方形成穩(wěn)定的穿透鎖孔；同時在洛倫茲力作用下電弧高速旋轉(zhuǎn)對熔池進行攪拌;其次，在直流脈沖作用下，電弧對熔池中的金屬液產(chǎn)生周期性的振蕩作用。在以上因素的綜合作用下，可以達到促進氣體從熔池中逸出，減少氣孔，細化晶粒的作用，進而得到優(yōu)質(zhì)焊縫。
[0032]焊接完成后，依次關閉磁控電源、焊接電源、保護氣、冷卻水系統(tǒng)。
【主權項】
1.一種陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，包括鎢極、焊炬外體、導電體、導電嘴、導電棒、氣罩;所述的鎢極被鎢極夾加持，通過導電嘴固定到導電體上;所述的導電體裝配在焊炬外體內(nèi)，其上、下兩端分別安裝有上、下絕緣套筒;氣罩固定在焊炬外體外部，導電棒與導電體連接;其特征在于:氣罩上設有導磁體，所述的導磁體固定在氣罩上;導磁體外部設有絕緣限位套;絕緣限位套上均勻纏繞有磁控線圈。2.根據(jù)權利要求1所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:所述下絕緣套筒與導電體，及下絕緣套筒與焊炬外體之間均設有O型密封圈，下絕緣套筒分別與導電體和焊炬外體之間形成兩個水通道;下絕緣套筒連接冷卻水進水管，焊炬外體連接冷卻水出水管;兩個水通道通過下絕緣套筒上開設的通孔相連通。3.根據(jù)權利要求2所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:在氣罩和焊炬外體之間安裝有絕緣套。4.根據(jù)權利要求2所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:所述媽極端部為對稱錐形，直徑為6mm，端部錐角為60°。5.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:磁控線圈的兩端分別連接冷卻水進水管和冷卻水出水管，通過冷卻水在磁控線圈內(nèi)循環(huán)對線圈進行冷卻。6.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:所述的磁控線圈材料為直徑6_的紫銅管，每層線圈間距為2_。7.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:所述的磁控線圈使用的磁控電源具有直流和交流兩種勵磁方式;交流狀態(tài)下輸出頻率在500-5000HZ內(nèi)可調(diào)，工作狀態(tài)為恒流模式。8.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:所述導磁體為Q235材料。9.根據(jù)權利要求3所述的陰極強制冷卻與磁控壓縮聯(lián)合作用式小孔TIG焊接裝置，其特征在于:絕緣套為陶瓷材料。
【文檔編號】B23K9/32GK205496755SQ201620141617
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月25日
【發(fā)明人】張洪濤, 王波, 高丙路, 紀昂, 王群, 包安
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學（威海）