一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷tig焊槍的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鎢極氬弧焊焊槍，公開了一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷TIG焊槍，包括上部連接尾蓋、下部連接電極底座的中心柱，電極底座下部連接設(shè)有電極頭內(nèi)孔室的帶孔電極套，帶孔電極套下端嵌裝鎢極頭；中心柱外部設(shè)有套筒，套筒與中心柱之間形成間隙氣道；套筒下部連接有保護(hù)氣氣罩；尾蓋裝配有出水管、進(jìn)水管和進(jìn)氣管，對應(yīng)地在槍體內(nèi)部設(shè)置有回水孔、進(jìn)水孔、通氣孔和連通于間隙氣道的氣體鎮(zhèn)靜室；中心柱底部連接有與進(jìn)水孔相通的噴水嘴；冷卻水通道與保護(hù)氣通道通過上下密封圈隔離。本發(fā)明將冷卻液直接通入鎢極內(nèi)部，對鎢極進(jìn)行強(qiáng)烈冷卻，能夠壓縮陰極區(qū)面積，實(shí)現(xiàn)對弧柱更強(qiáng)的壓縮，增加電弧的穿透能力，使焊接電弧具有更好的穿透性。
【專利說明】
一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷TIG焊槍
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鎢極氬弧焊焊槍，具體的說，是涉及一種基于陰極壓縮效應(yīng)改善電弧性能，利用銅包鎢極作為電極并對電極進(jìn)行直接水冷的TIG焊槍，可以提高焊接效率。
【背景技術(shù)】
[0002]鎢極氬弧焊(TIG)是一種高品質(zhì)焊接工藝，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但是由于利用自由電弧作為熱源，熔深較淺，焊速小，焊接效率很低。迫切需要對TIG焊進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，拘束電弧直徑，能夠提高電弧能量密度和電弧壓力，從而顯著地增加熔深，最終大幅提高焊接效率。
[0003]等離子弧焊中，通過水冷銅噴嘴直接冷卻電弧弧柱，是一種壓縮電弧直徑的有效措施。但是，等離子弧焊槍的制造費(fèi)用較高;銅質(zhì)噴嘴載流能力有限，容易形成雙弧;并且直接壓縮弧柱造成電弧吹力過大，焊接厚度超過6mm工件過程中的小孔穩(wěn)定性較差。TIG焊中，鎢極是熱陰極，其發(fā)射電子的密度與陰極局部溫度有直接關(guān)系，溫度越高，發(fā)射電子能力越強(qiáng);鎢極尖端發(fā)射電子主要發(fā)生在3000K以上的區(qū)域。壓縮陰極是減小弧柱直徑的另一條途徑，其原理為:水冷鎢極能夠帶走鎢極熱量，壓縮高溫區(qū)域面積，從而壓縮電子發(fā)射區(qū)域，也就是壓縮陰極區(qū)域面積，使得電弧根部集中在鎢極尖端的極小區(qū)域;電流密度增加，電弧自身的磁壓縮效應(yīng)增強(qiáng)，可以壓縮弧柱尺寸，從而改善電弧的熱-力特性。簡而言之，對鎢極進(jìn)行冷卻，帶走鎢極熱量，減小陰極區(qū)域面積，將電弧陰極區(qū)壓縮到鎢極尖端極小區(qū)域，可以縮小弧柱直徑。水冷陰極壓縮原理如圖1所示。
[0004]國外研究者已經(jīng)將水冷壓縮陰極理論應(yīng)用到改進(jìn)焊槍，改善電弧特性。1997年，澳大利亞研究機(jī)構(gòu)CSIRO基于水冷壓縮陰極效應(yīng)，配合較大焊接電流，發(fā)明了 K-TIG焊接方法，實(shí)現(xiàn)了對3?12mm厚鈦合金、不銹鋼等低熱導(dǎo)率材料的穿孔焊接。由于該工藝焊接熔深大，能夠?qū)χ泻癜寮?shí)現(xiàn)穿孔焊或者實(shí)現(xiàn)高速熔焊，極大地提高生產(chǎn)效率。對中厚板件的穿孔焊，不需要開坡口，單道次單面焊接，雙面成形；省掉了焊絲，極大地縮短制造時間；減小焊縫熱影響區(qū)和工件變形量。隨后，德國的德累斯頓工業(yè)大學(xué)、伊達(dá)高科焊接限公司和Kjellberg Finsterwalde聯(lián)合開展了基于陰極壓縮效應(yīng)的焊槍設(shè)計(jì)，初步研究了陰極壓縮效應(yīng)對電弧形態(tài)影響;將K-TIG焊接工藝從對低熱導(dǎo)率材料的穿孔焊擴(kuò)展到對高熱導(dǎo)率材料的高速熔焊。國內(nèi)對K-TIG的研究較少，蘇州華焊科技有限公司初步研究了K-TIG的設(shè)備，對焊槍進(jìn)行了仿制研究。蘭州理工大學(xué)張瑞華以K-TIG焊槍為研究對象，根據(jù)磁流體動力學(xué)理論建立了電弧的三維有限元數(shù)學(xué)模型，利用FLUENT軟件對K-TIG焊槍內(nèi)部保護(hù)氣體和焊接電弧進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得大電流焊接時的溫度分布、電勢分布、電弧壓力及等離子體速度場分布。以上團(tuán)隊(duì)研制的焊槍都是基于水冷壓縮陰極效應(yīng)來壓縮電弧，極大地提高了焊接效率，降低了生產(chǎn)成本。這兩種焊槍載流能力達(dá)到1000A，焊接過程中鎢極燒損很小;水冷方式都是在鎢極外側(cè)加上水冷銅套，間接水冷鎢極，而不是直接對鎢極本身進(jìn)行水冷。也就是說，對鎢極陰極區(qū)的水冷壓縮效果還有改進(jìn)提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了提高TIG焊槍鎢極陰極區(qū)的水冷壓縮效果，提供一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷TIG焊槍，增強(qiáng)對鎢極的冷卻效果，以達(dá)到增加電弧的拘束效應(yīng)，增加電弧的穿透能力，可以焊接更厚的工件，進(jìn)一步提高穿孔焊接穩(wěn)定性；同時能對熱導(dǎo)率較高的材料進(jìn)彳丁穿孔焊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)TIG焊的尚效化和尚速化。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷TIG焊槍，包括上部連接有尾蓋、下部連接有電極底座的中心柱，所述中心柱底端與所述電極底座內(nèi)部構(gòu)成底座回流腔;所述電極底座下部連接有帶孔電極套，所述帶孔電極套設(shè)置有電極頭內(nèi)孔室，所述帶孔電極套和所述電極底座之間設(shè)置有第一密封圈;所述帶孔電極套下端嵌裝有鎢極頭；
[0008]所述中心柱外部設(shè)置有套筒，所述套筒與所述中心柱外壁之間形成間隙氣道;所述套筒外壁套有絕緣殼，所述套筒上部與所述尾蓋連接，所述套筒下部連接有設(shè)置于所述電極底座和所述帶孔電極套外部的保護(hù)氣氣罩；
[0009]所述尾蓋頂部裝配有用于連接排水管的出水管、用于通入冷卻液的進(jìn)水管和用于連接保護(hù)氣管的進(jìn)氣管，所述進(jìn)水管同時與水冷電纜連接;所述中心柱底部連接有延伸至所述電極頭內(nèi)孔室的噴水嘴;所述尾蓋和所述中心柱連續(xù)地設(shè)置有上下貫通的回水孔、進(jìn)水孔和通氣孔，所述回水孔上部連接于所述出水管、下部連通至所述底座回流腔，所述進(jìn)水孔上部連接于所述進(jìn)水管、下部連接所述噴水嘴，所述通氣孔上部連通于所述進(jìn)氣管、下部連通于設(shè)置在所述中心柱的氣體鎮(zhèn)靜室，所述氣體鎮(zhèn)靜室和所述間隙氣道相通；
[0010]所述尾蓋與所述中心柱之間設(shè)置有第二密封圈，且所述第二密封圈位于進(jìn)水孔和通氣孔之間；所述電極底座與所述中心柱之間設(shè)置有第三密封圈，所述第二密封圈和所述第三密封圈用于隔離冷卻水通道與保護(hù)氣通道。
[0011]其中，所述進(jìn)水管、所述尾蓋、所述中心柱、所述帶孔電極套和所述電極底座均為銅制。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]本發(fā)明的銅包鎢極水冷TIG焊槍，將冷卻液直接通入電極頭內(nèi)部，以對鎢極進(jìn)行直接強(qiáng)烈冷卻，能夠極大地壓縮陰極區(qū)面積，實(shí)現(xiàn)對弧柱更強(qiáng)的壓縮，從而增加電弧的穿透能力，使焊接電弧具有更好的穿透性，提高焊接過程的穩(wěn)定性、增加焊接速度，顯著提高焊接效率，節(jié)省焊接制造成本。另外，采用銅包鎢極頭的方式制造一體化電極頭，能夠比整體鎢制電極頭顯著降低成本。
【附圖說明】
[0014]圖1是傳統(tǒng)TIG(左)與陰極壓縮TIG(右)的比較圖；
[0015]圖2是本發(fā)明所提供的銅包鎢極水冷TIG焊槍的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1:鎢極頭;2:帶孔電極套;3:電極底座;4:第一密封圈；5:中心柱;6:套筒;7:絕緣殼;8:尾蓋;9:第二密封圈；10:出水管；11:進(jìn)水管；12:進(jìn)氣管；13:保護(hù)氣氣罩；14:噴水嘴；15:電極頭內(nèi)孔室；16:回水孔；17:通氣孔；18:氣體鎮(zhèn)靜室；19:底座回流腔;20:第三密封圈；21:進(jìn)水孔。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0018]如圖2所示，本實(shí)施例提供了一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷TIG焊槍，包括鎢極頭1、帶孔電極套2、電極底座3、第一密封圈4、中心柱5、套筒6、絕緣殼7、尾蓋8、第二密封圈9、出水管10、進(jìn)水管11、進(jìn)氣管12、保護(hù)氣氣罩13、噴水嘴14、電極頭內(nèi)孔室15、回水孔16、通氣孔17、氣體鎮(zhèn)靜室18、底座回流腔19、第三密封圈20、進(jìn)水孔21。其中，進(jìn)水管11、尾蓋8、中心柱5、帶孔電極套2和電極底座3均為銅制，鎢極頭I為鎢制材料。
[0019]中心柱5頂部與尾蓋8螺紋連接，底端與電極底座3螺紋連接，中心柱5底部與電極底座3內(nèi)部形成底座回流腔19。帶孔電極套2下端與鎢極頭I鑲嵌連接為一體，帶孔電極套2上部設(shè)置有電極頭內(nèi)孔室15，電極頭內(nèi)孔室15與底座回流腔19相通，帶孔電極套2上部外側(cè)通過螺紋連接于電極底座3的底端。電極頭內(nèi)孔室15的存在使冷卻液能夠與帶孔電極套2內(nèi)部壁面充分接觸，從而帶走電極頭熱量，將鎢極頭I外表面的高溫區(qū)面積減小，以達(dá)到強(qiáng)烈冷卻鎢極、壓縮陰極區(qū)的目的。帶孔電極套2與電極底座3之間設(shè)置有第一密封圈4，通過第一密封圈4隔離冷卻水通道。
[0020]中心柱5外部設(shè)置有套筒6，套筒6上部與尾蓋8螺紋連接，套筒6下部與保護(hù)氣氣罩13螺紋連接，保護(hù)氣氣罩13設(shè)于電極底座3和帶孔電極套2外部。套筒6與中心柱5外壁之間形成間隙氣道。套筒6外壁套有絕緣殼7，與焊槍加持部分構(gòu)成電隔離。
[0021]尾蓋8頂部裝配有出水管10、進(jìn)水管11和進(jìn)氣管12，出水管10用于連接排水管;進(jìn)水管11與水冷電纜螺紋連接，并且用于通入冷卻液;進(jìn)氣管12用于連接保護(hù)氣管。尾蓋8內(nèi)部對應(yīng)于出水管10、進(jìn)水管11和進(jìn)氣管12分別開設(shè)有上下貫通的回水孔16、進(jìn)水孔20和通氣孔17。
[0022]中心柱5為圓柱體結(jié)構(gòu)，其底部中心位置螺紋連接有噴水嘴14。中心柱5內(nèi)部也開設(shè)有上下貫通的回水孔16、進(jìn)水孔20和通氣孔17，其回水孔16上部與尾蓋8的回水孔16相連通、下部連通至底座回流腔19，其進(jìn)水孔20上部與尾蓋8的進(jìn)水孔20相連通、下部與噴水嘴14連通。中心柱5內(nèi)部還開設(shè)有通氣孔17和氣體鎮(zhèn)靜室18，該通氣孔17頂部與尾蓋8的通氣孔17相連通、底部連通于氣體鎮(zhèn)靜室18，氣體鎮(zhèn)靜室18與套筒6和中心柱5外壁之間的間隙氣道連通。
[0023]尾蓋8與中心柱5之間設(shè)置有第二密封圈9，且第二密封圈9位于進(jìn)水孔20和通氣孔17之間，以隔離冷卻水通道與保護(hù)氣通道。電極底座3與中心柱5之間設(shè)置有第三密封圈20，通過第三密封圈20隔離冷卻水通道與保護(hù)氣通道。
[0024]焊槍上，進(jìn)水管11與水冷電纜螺紋連接，焊接電流順著進(jìn)水管11進(jìn)入槍體，依次經(jīng)過尾蓋、中心柱5、電極底座3、帶孔電極套2，到達(dá)鎢極頭1，在鎢極頭I尖端形成電弧。冷卻液進(jìn)入進(jìn)水管11后，沿著尾蓋8與中心柱5的進(jìn)水孔21，由噴水嘴14導(dǎo)入電極頭內(nèi)孔室15，冷卻冷卻液流過的部件，特別是對帶孔電極套2與鎢極頭I組成的電極頭達(dá)到強(qiáng)制冷卻，使得鎢極頭I端部的高溫面積收縮，也就是強(qiáng)制收縮陰極區(qū)，拘束電弧根部，增加電弧根部的電流密度，電弧自身的磁壓縮效應(yīng)增強(qiáng)，弧柱尺寸被壓縮，從而改善電弧的熱-力特性。冷卻液在電極頭內(nèi)孔室15與帶孔電極套2內(nèi)壁充分接觸后，沿著帶孔電極套2內(nèi)壁通道進(jìn)入電極底座3內(nèi)部的底座回流腔19，通過中心柱5和尾蓋8的回水孔16，然后經(jīng)出水管10，最后進(jìn)入與出水管10連接的排水管，流回冷卻水箱。保護(hù)氣管連接在進(jìn)氣管12上，通過尾蓋8與中心柱5構(gòu)成的通氣孔17，進(jìn)入中心柱上的氣體鎮(zhèn)靜室18，保護(hù)氣在氣體鎮(zhèn)靜室18內(nèi)擴(kuò)展至中心柱5與套筒6構(gòu)成的間隙氣道，進(jìn)入保護(hù)氣氣罩13內(nèi)，在保護(hù)氣氣罩13端口噴出，順著帶孔電極套2和鎢極頭I外壁流動，保護(hù)鎢極頭I與電弧及熔池。
[0025]使用本焊槍，能夠通過改變冷卻液速度來調(diào)節(jié)陰極壓縮程度，得到不同壓縮程度的弧柱，能夠更好地適應(yīng)不同材料的焊接。一般的，較大流速的冷卻液能夠得到更強(qiáng)烈的電弧壓縮特性，得到更好的熔深和焊接效率。
[0026]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷TIG焊槍，其特征在于，包括上部連接有尾 蓋、下部連接有電極底座的中心柱，所述中心柱底端與所述電極底座內(nèi)部構(gòu)成底座回流腔； 所述電極底座下部連接有帶孔電極套，所述帶孔電極套設(shè)置有電極頭內(nèi)孔室，所述帶孔電 極套和所述電極底座之間設(shè)置有第一密封圈;所述帶孔電極套下端嵌裝有鎢極頭；所述中心柱外部設(shè)置有套筒，所述套筒與所述中心柱外壁之間形成間隙氣道;所述套 筒外壁套有絕緣殼，所述套筒上部與所述尾蓋連接，所述套筒下部連接有設(shè)置于所述電極 底座和所述帶孔電極套外部的保護(hù)氣氣罩；所述尾蓋頂部裝配有用于連接排水管的出水管、用于通入冷卻液的進(jìn)水管和用于連接 保護(hù)氣管的進(jìn)氣管，所述進(jìn)水管同時與水冷電纜連接;所述中心柱底部連接有延伸至所述 電極頭內(nèi)孔室的噴水嘴;所述尾蓋和所述中心柱連續(xù)地設(shè)置有上下貫通的回水孔、進(jìn)水孔 和通氣孔，所述回水孔上部連接于所述出水管、下部連通至所述底座回流腔，所述進(jìn)水孔上 部連接于所述進(jìn)水管、下部連接所述噴水嘴，所述通氣孔上部連通于所述進(jìn)氣管、下部連通 于設(shè)置在所述中心柱的氣體鎮(zhèn)靜室，所述氣體鎮(zhèn)靜室和所述間隙氣道相通；所述尾蓋與所述中心柱之間設(shè)置有第二密封圈，且所述第二密封圈位于進(jìn)水孔和通氣 孔之間；所述電極底座與所述中心柱之間設(shè)置有第三密封圈，所述第二密封圈和所述第三 密封圈用于隔離冷卻水通道與保護(hù)氣通道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陰極壓縮效應(yīng)的銅包鎢極水冷TIG焊槍，其特征在 于，所述進(jìn)水管、所述尾蓋、所述中心柱、所述帶孔電極套和所述電極底座均為銅制。
【文檔編號】B23K9/167GK105983774SQ201610487755
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】劉祖明, 羅震, 張常臻, 伊松, 劉知易
【申請人】天津大學(xué)