一种大功率等离子弧和熔化极电弧复合焊枪的制作方法

本实用新型涉及一种等离子弧和熔化极电弧复合焊枪，尤其是涉及一种大功率等离子弧和熔化极电弧复合焊枪。

背景技术：

等离子弧和熔化极电弧复合焊是利用等离子弧和熔化极电弧共同形成的复合电弧进行焊接的技术，具有焊丝熔化速度快、焊接过程无飞溅、电弧稳定等优点，是一种高效的焊接方法。同时，相对于激光一电弧复合焊等高效焊接设备，等离子弧和熔化极电弧复合焊设备价格低廉，具有广阔的应用市场。

目前，等离子弧和熔化极电弧复合焊技术主要有两大类：同轴式等离子弧与熔化极电弧复合焊技术、旁轴式等离子弧与熔化极电弧复合焊技术。同轴式等离子弧与熔化极电弧复合焊技术中等离子弧电极和熔化极电弧电极均连接焊接电源正极，电弧电流方向为从焊枪流向母材。2007年4月发表在《沈阳工业大学学报》第29卷第2期的中国科技论文《等离子-MIG焊接设备的设计与研制》中公布了一种等离子-MIG复合焊枪，该复合焊枪中等离子弧电极和MIG电弧电极均与焊接电源正极相连，母材与焊接电源负极相连，等离子弧与MIG电弧可同时稳定燃烧。但由于等离子弧电极接焊接电源正极，等离子弧电极发热严重，因此对等离子弧电极及焊枪的冷却要求高。

旁轴式等离子弧与熔化极电弧复合焊技术中等离子弧电极接等离子焊接电源负极，等离子弧电流方向为从母材流向等离子弧电极，熔化极电弧电极接熔化极焊接电源正极，熔化极电弧电流从熔化极电弧电极流向母材，两电弧的电流流向相反。该焊接技术中等离子弧电极发热明显减小，并具有焊接速度高、焊缝熔深大、热输入量小等优点。在此背景下，公告号为US 2005/0199593A1的美国发明专利《MIG-PLASMA WELDING》公布了一种等离子弧与MIG电弧复合焊接方法，该焊接方法中等离子弧焊枪和MIG焊枪沿焊接方向按照前后顺序排列，前端等离子弧用于预热焊缝或形成“匙孔”，后端熔化极电弧主要用于熔化焊丝并填充焊缝，从而增大焊接熔深，提高焊接效率。授权公告号为CN202461816U的中国实用新型专利《复合焊枪》中公布了一种等离子弧焊与二保焊结合的复合焊枪，该焊枪包括外罩，外罩内部设有基座，基座上固定有等离子弧焊枪和二保焊焊枪，焊枪还设有下保护罩。该复合焊枪中等离子弧焊枪与二保焊焊枪共用保护罩，而且等离子弧焊与二保焊距离较近，难以适用于大电流焊接。另外，焊枪结构复杂，使用维修不便。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术中存在的缺点，提供一种大功率等离子弧和熔化极电弧复合焊枪，该复合焊枪可更好地解决保护气罩、磁极、等离子弧电极的冷却问题，焊枪气体保护效果好，结构简单，使用维修方便，重量轻，适用于大电流复合焊接。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种大功率等离子弧和熔化极电弧复合焊枪，包括等离子弧焊枪1、熔化极电弧焊枪2、底座一301、底座二302、连接块7、磁控装置4，等离子弧焊枪1安装在底座一301内，熔化极电弧焊枪2安装在底座二302内并通过底座二302上的螺钉紧固，等离子弧焊枪1和熔化极电弧焊枪2上端通过连接块7连接，磁控装置4安装在底座一301和底座二302内，底座一301和底座二302通过螺钉连接，底座二302内设有底座冷却水通道303；

等离子弧焊枪1包括枪芯101、等离子弧焊枪枪体103、绝缘套102、等离子弧电极104、电极夹105，枪芯101与等离子弧焊枪枪体103之间设置绝缘套102，等离子弧电极104通过电极夹105安装在枪芯101内，等离子弧焊枪枪体103上安装有等离子弧焊枪保护气罩107，等离子弧焊枪枪体103下端安装喷嘴106；

熔化极电弧焊枪2包括熔化极电弧焊枪枪体201、导电嘴202、熔化极电弧焊枪保护气罩203，导电嘴202安装在熔化极电弧焊枪枪体201下端；

磁控装置4包括缠有线圈的磁芯401、两个导磁块402、两个磁极403，磁芯401安装在底座一301和底座二302内，导磁块402安装在磁芯401下端，磁极403与导磁块402连接，并对称布置在等离子弧焊枪保护气罩107外侧。

作为优选，所述电极夹105下端与枪芯101内孔下端以圆锥面配合。

作为优选，所述枪芯101下端面与喷嘴106下端面之间的距离L2＝5～50mm。

作为优选，所述等离子弧焊枪保护气罩107与等离子弧焊枪枪体103以圆锥面配合，配合长度L3＝2～15mm。

作为优选，所述熔化极电弧焊枪保护气罩203通过螺纹安装在底座二302下端，熔化极电弧焊枪保护气罩203上端面与底座二302紧密接触。

作为优选，所述导磁块402紧固在底座二302下端面。

作为优选，所述磁控装置4磁路的磁通势NI＝200～5000A。

作为优选，所述喷嘴106中心线和导电嘴202中心线在喷嘴106下端面上的距离L1＝5～50mm，喷嘴106中心线和导电嘴202中心线之间的夹角α＝-15°～45°。

作为优选，所述底座一301材料选用工程塑料，底座二302材料选用铜。

作为优选，所述等离子弧焊枪保护气罩107材料选用紫铜。

作为优选，所述熔化极电弧焊枪保护气罩203材料选用紫铜。

作为优选，所述等离子弧焊枪1外侧设有保护壳一5，保护壳一5上端与连接块7连接，保护壳一5下端与底座一301连接；熔化极电弧焊枪2外侧设有保护壳二6，保护壳二6上端与连接块7连接，保护壳二6下端与底座二302连接。

与现有技术相比，本实用新型有益效果是：

本实用新型有益效果一：复合焊枪冷却效果好，适用于大电流焊接。

等离子弧焊枪电极夹与枪芯接触部分采用圆锥面配合并接近等离子弧电极尖端，保证等离子弧电极下端得到冷却，减少电极烧损；同时使电弧压缩，提高电弧挺度和能量密度。等离子弧焊枪保护气罩上端与等离子弧焊枪枪体采用圆锥面配合，保证等离子弧焊枪保护气罩冷却良好。

熔化极电弧焊枪保护气罩、磁控装置与底座二紧密接触，保证熔化极电弧焊枪保护气罩、磁控装置冷却良好。

另外，等离子弧焊枪保护气罩、熔化极电弧焊枪保护气罩等部件材料选用紫铜，保证这些部件导热良好，保证焊枪在大电流焊接情况下的使用寿命。

本实用新型有益效果二：复合焊枪结构简单，使用和维修方便。等离子弧电极只需通过拆装压帽、锁紧螺母即可完成拆装，方便焊接中更换等离子弧电极；在不拆装等离子弧焊枪保护气罩的情况下，喷嘴可直接从等离子弧焊枪枪体上拆装完成更换。另外，复合焊枪中等离子弧焊枪、熔化极电弧焊枪和磁控装置可独立拆装更换，维护方便。

本实用新型有益效果三：等离子弧焊枪保护气罩与熔化极电弧焊枪保护气罩分别独立设计，使焊接时气体保护效果好，节省保护气体用量，保证焊接质量。

本实用新型有益效果四：底座设计成两部分，并分别采用工程塑料和铜类材料，在不影响焊枪散热前提下，使焊枪轻量化。

附图说明

图1为本实用新型复合焊枪结构示意图；

图2为图1沿A-A方向的结构剖视图；

图3为图1沿B-B方向的结构剖视图；

图4为图2沿C-C方向的结构剖视图；

图中标记如下：

1为等离子弧焊枪，101为枪芯，102为绝缘套，103为等离子弧焊枪枪体，104为等离子弧电极，105为电极夹，106为喷嘴，107为等离子弧焊枪保护气罩，108为压帽，109为锁紧螺母，110为水冷电缆接头，111为离子气进口接头，112为水冷接头一，113为水冷接头二，114为等离子弧焊枪保护气进口接头；2为熔化极电弧焊枪，201为熔化极电弧焊枪枪体，202为导电嘴，203为熔化极电弧焊枪保护气罩，3为底座，301为底座一，302为底座二，303为底座冷却水通道，304为底座冷却水通道接头；4为磁控装置，401为磁芯，402为导磁块，403为磁极；5为保护壳一；6为保护壳二；7为连接块；L1为喷嘴106中心线和导电嘴202中心线在喷嘴106下端面上的距离；L2为枪芯101下端面与喷嘴106下端面之间的距离；L3为等离子弧焊枪保护气罩107与等离子弧焊枪枪体103之间的配合长度；α为喷嘴106中心线和导电嘴202中心线之间的夹角；NI为磁控装置4磁路的磁通势。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型所述的大功率等离子弧和熔化极电弧复合焊枪，包括等离子弧焊枪1、熔化极电弧焊枪2、底座一301、底座二302、连接块7、磁控装置4，等离子弧焊枪1安装在底座一301内，熔化极电弧焊枪2安装在底座二302内并通过底座二302上的螺钉紧固，等离子弧焊枪1和熔化极电弧焊枪2上端通过连接块7连接，磁控装置4安装在底座一301和底座二302内，底座一301和底座二302通过螺钉连接，底座二302内设有底座冷却水通道303；

等离子弧焊枪1包括枪芯101、等离子弧焊枪枪体103、绝缘套102、等离子弧电极104、电极夹105，枪芯101与等离子弧焊枪枪体103之间设置绝缘套102，等离子弧电极104通过电极夹105安装在枪芯101内，等离子弧焊枪枪体103上安装有等离子弧焊枪保护气罩107，等离子弧焊枪枪体103下端安装喷嘴106；

熔化极电弧焊枪2包括熔化极电弧焊枪枪体201、导电嘴202、熔化极电弧焊枪保护气罩203，导电嘴202安装在熔化极电弧焊枪枪体201下端；

磁控装置4包括缠有线圈的磁芯401、两个导磁块402、两个磁极403，磁芯401安装在底座一301和底座二302内，导磁块402安装在磁芯401下端，磁极403与导磁块402连接，并对称布置在等离子弧焊枪保护气罩107外侧。

电极夹105下端与枪芯101内孔下端以圆锥面配合，保证电极夹105下端得到冷却，并保证足够的导电接触面积。

枪芯101下端面与喷嘴106下端面之间的距离L2＝5～50mm，保证电极夹105夹持等离子弧电极104位置最大程度上接近等离子弧电极104尖端，降低等离子弧电极104的温度，减少等离子弧电极104发热。

等离子弧焊枪保护气罩107与等离子弧焊枪枪体103以圆锥面配合，配合长度L3＝2～15mm，保证等离子弧焊枪保护气罩107在焊接过程中得到良好冷却。

熔化极电弧焊枪保护气罩203通过螺纹安装在底座二302下端，熔化极电弧焊枪保护气罩203上端面与底座二302紧密接触，保证熔化极电弧焊枪保护气罩203冷却良好。

导磁块402紧固在底座二302下端面，使导磁块402与底座二302紧密接触，保证导磁块402冷却良好。

磁控装置4磁路的磁通势NI＝200～5000A。

喷嘴106中心线和导电嘴202中心线在喷嘴106下端面上的距离L1＝5～50mm，喷嘴106中心线和导电嘴202中心线之间的夹角α＝-15°～45°。

底座3包括底座一301和底座二302，底座一301材料选用工程塑料，底座二302材料选用铜，可保证底座二302导热良好，同时减轻复合焊枪重量。

等离子弧焊枪保护气罩107材料选用紫铜，使等离子弧焊枪保护气罩107导热良好。

熔化极电弧焊枪保护气罩203材料选用紫铜，使熔化极电弧焊枪保护气罩203导热良好。

等离子弧焊枪1外侧设有保护壳一5，保护壳一5上端与连接块7连接，保护壳一5下端与底座一301连接，熔化极电弧焊枪2外侧设有保护壳二6，保护壳二6上端与连接块7连接，保护壳二6下端与底座二302连接。

本实用新型水冷通路的优选实施方式如下：

水冷通路实施方式一

等离子弧焊枪1冷却水系统与底座二302冷却水系统各自独立循环。等离子弧焊枪1冷却水系统为冷却水由枪芯101上的水冷电缆接头110导入到枪芯101内，流经枪芯101上的水冷接头一112与等离子弧焊枪枪体103上的水冷接头二113之间的水管进入等离子弧焊枪枪体103和喷嘴106内，然后经过水冷接头二113流出，完成对枪芯101、等离子弧焊电极104、等离子弧焊枪枪体103、喷嘴106、等离子弧焊枪保护气罩107的冷却。底座二302冷却水系统为冷却水由底座冷却水通道接头304进入底座冷却水通道303后流出，使底座二302、熔化极电弧焊枪保护气罩203、导磁块402、磁极403得以冷却。

水冷通路实施方式二

水冷接头二113与底座冷却水通道接头304之间连接水管，使上述等离子弧焊枪1冷却水系统与底座二302冷却水系统连通。即使上述水冷通路实施方式一中从水冷接头二113流出的冷却水，直接通过水冷接头二113与底座冷却水通道接头304之间连接的水管进入底座冷却水通道303内，然后流出。在这个过程中，完成对枪芯101、等离子弧焊电极104、等离子弧焊枪枪体103、喷嘴106、等离子弧焊枪保护气罩107、底座二302、熔化极电弧焊枪保护气罩203、导磁块402、磁极403的冷却。

本实用新型气体通路实施方式如下：

等离子弧焊枪1气体通路为：离子气经过离子气进口接头111进入枪芯101内，然后从喷嘴106下端喷出；等离子弧焊枪1保护气经过等离子弧焊枪保护气进口接头114进入等离子弧焊枪枪体103内，然后从等离子弧焊枪保护气罩107下端流出。

熔化极电弧焊枪2气体通路为；熔化极电弧焊枪1保护气经过气管进入熔化极电弧焊枪枪体201中心空腔内，并从熔化极电弧焊枪保护气罩203下端流出。

本实用新型导磁通路实施方式如下：

在线圈上施加励磁电流，优选直流、脉冲电流，在两磁极403间形成磁场，使处于磁场中的等离子弧受到电磁力作用，由此消除等离子弧与熔化极电弧之间的干扰，实现两种电弧之间的稳定焊接。

本实用新型导电通路实施方式如下：

熔化极弧焊电极连接熔化极焊接电源正极，母材连接熔化极焊接电源负极，焊接电流通过熔化极电弧焊枪枪体201导入到导电嘴202，进而导入到熔化极电弧电极，在熔化极电弧电极与母材之间形成熔化极电弧。

电极夹105下端与枪芯101内孔下端以圆锥面配合并夹紧等离子弧电极104，水冷电缆接头110、枪芯101、电极夹105、等离子弧电极104形成等离子引导弧导电通路一和等离子主弧导电通路。等离子弧焊枪枪体103、喷嘴105形成等离子引导弧导电通路二。水冷电缆接头110与引导弧发生器的负极相连，等离子弧焊枪枪体103与引导弧发生器的正极相连，在等离子弧电极104和喷嘴106之间形成等离子引导弧。水冷电缆接头110与等离子焊接电源的负极连接，母材与等离子焊接电源的正极连接。在等离子弧电极104与母材之间形成等离子主弧。

本实用新型焊接时序优选方式如下：

焊接时，沿焊接方向，等离子弧焊枪1在前，熔化极电弧焊枪2在后。首先在等离子弧电极104和喷嘴106之间形成等离子引导弧。等离子引导弧稳定后，在线圈上施加励磁电流，启动等离子焊接电源，在等离子弧电极104和母材之间形成等离子主弧。复合焊枪开始沿焊接方向行走，0～10s后启动熔化极焊接电源，在熔化极电弧电极和母材之间形成熔化极电弧。随后，等离子弧与熔化极电弧形成复合电弧，焊接开始。