一种通过侧壁对称双送丝的一体式TIG焊喷嘴及焊枪的制作方法

本发明公开了一种喷嘴，具体涉及一种通过对称安装在侧壁上的两个导丝嘴进行双送丝的一体式tig焊喷嘴以及可安装该喷嘴的焊枪。

背景技术

钨极惰性气体保护焊(tig焊)由于电极不熔化，具有焊接过程平稳、适应范围广、焊缝质量好、焊接变形小、热影响区小等一系列优点，在实际生产中得到了广泛应用。但这种焊接方法只能利用工件所在极区的热量，而钨极所在极区和弧柱产生的热量全部被散失掉，因此其热效率系数低、熔深能力小、熔敷速度低、焊接速度慢，导致其焊接生产率效率低、成本高。

国内外学者为了提高tig焊的焊接效率开发了许多高效tig焊接工艺，如匙孔tig、活性tig、双钨极tig和热丝tig等。匙孔tig通过采用高达600a以上的大电流来提高电磁收缩力和电弧挺直度，进而提高熔透能力，可一次性焊透12mm厚的不锈钢，但电流的增大势必会导致热影响区及其晶粒尺寸增大、接头性能变差。活性tig焊通过使用活性剂来提高熔透能力，但活性剂的使用使得焊前准备过程变得繁琐，而且焊缝表面成形明显变差，因此，其应用也受到了很大限制。双钨极tig焊利用两个钨极与工件之间引燃的电弧进行焊接，通过两个电弧的有效耦合进一步提高电弧稳定性，并显著提高熔敷速度，但这种焊枪体积大，可达性和操作灵活性变差。热丝tig焊利用附加的热丝电源对填充焊丝进行预热，解决了tig焊熔敷效率低的问题，但焊枪外侧要附加一热丝嘴，焊枪端部尺寸明显增大，其可达性、定位精度和操作灵活性变差，而且熔敷效率的提高需要利用额外的能量。另外，上述焊接方法均存在成本比普通tig焊提高的问题，而且也没能从根本上解决传统tig焊接电弧能量利用率低的问题。saf公司开发了toptig焊接工艺，其采用通过喷嘴侧壁单送丝的方式，焊丝在从钨极前面或后面穿过电弧送入到熔池的过程中吸收了喷嘴和弧柱区的热量，提高了电弧能量利用率，有效提高了熔敷速度和焊接速度，而且，该喷嘴结构造简单、成本低、操作方便、利于实现机器人焊接。但是，这种工艺在进一步提高熔敷速度时，由于焊丝吸收的电弧热量过高，工件基本不发生熔化，从而导致驼峰焊道或边缘未熔合等缺陷。例如，在采用500mm/min的焊接速度、150a的焊接电流、4mm弧长进行焊接2mm厚不锈钢时，如果从钨极前面送进，熔敷速度达到24g/min(对应的送丝速度为2.1m/min)时，电弧正下方的工件仅仅熔化非常薄的一层，如图1(a)。这层薄的液态金属迅速凝固，阻止了熔化的焊丝金属向后流动，导致焊缝出现驼峰焊道，如图1(b)所示。而从钨极后面送丝时，熔敷速度达到28.5g/min(对应的送丝速度为2.5m/min)时，电弧正下方的工件熔化量很少或不熔化，如图2(a)所示；熔池金属尽管在焊道上连续铺展，但流到焊道两侧边缘时无法将母材熔化而直接在上面凝固，导致焊缝焊趾部产生未熔合，并呈现锯齿状，如图2(b)所示。另一方面，在较高的焊接速度下，无论是从钨极前方还是从后方送丝，焊道均会出现弯曲和边缘未熔合现象。

综上，toptig是提高tig焊焊接效率的最佳方法，但其提高的程度有较大的局限性；因此，有必要对其采用的焊枪进行改进，进一步提高焊接生产率并降低焊接成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，进一步提高熔敷速度、焊接速度和电弧能量利用率，本发明提出在喷嘴上对称布置两个导丝嘴，两焊丝对称地从钨极前部和后部同时送丝，这样既可使得熔敷速度至少提高一倍；又可对称地吸收电弧前部和后部的热量，保证了电弧对工件加热的对称性和高速焊下焊接过程的稳定性，同时，两根焊丝在电弧中对称穿行可更多地利用喷嘴余热和电弧弧柱的热量，进一步提高电弧能量利用率，从而进一步提高焊接生产效率并而降低焊接成本。

本发明的目的之一是提供一种可显著提高熔敷速度和焊接速度的通过侧壁对称双送丝的一体式tig焊喷嘴及焊枪。

本发明的目的之二是提供通过侧壁对称双送丝的一体式tig焊喷嘴及焊枪的应用。

本发明采用的技术方案，具体如下：

一种通过侧壁对称双送丝的一体式tig焊喷嘴，包括喷嘴本体、外送丝嘴、导杆、连接滑套和内送丝嘴；所述喷嘴本体的侧壁上对称地开设有两个通孔，所述外送丝嘴焊接在喷嘴本体两侧的通孔端部形成送丝通道，且所述的内送丝嘴安装在所述的外送丝嘴内；所述导杆设置在外送丝嘴的后端与其相连，用于对焊丝送入的方向进行导向，所述连接滑套套在喷嘴本体上部。

优选的，两个所述的通孔相对于喷嘴本体的轴线对称设置，这样可保证在焊接过程中两根焊丝之轴线、钨极之轴线、焊缝中心线均位于同一个平面上，保证电弧力、过渡熔滴和焊接熔池尽可能地沿着焊缝中心线和电弧中心线对称分布，有利于获得稳定的焊接过程和良好的焊缝成形。

优选的，所述通孔的轴线与喷嘴本体轴线的夹角为30～40°，以使焊丝轴线与通常磨制出60～80°锥角的钨极端部锥面保持平行，有利于控制焊丝与钨极端部锥面之间距离，大量实验表明，这个距离与焊丝直径相当时焊接过程最稳定。

优选的，所述外送丝嘴的轴线与通孔的轴线共线，以保证两焊丝的轴线与钨极轴线、焊缝中心线位于同一个平面上，保证电弧力、过渡熔滴、焊接熔池沿着焊缝中心线和电弧中心线对称分布，有利于获得稳定的焊接过程和良好的焊缝成形。

优选的，所述外送丝嘴内部加工有两套内螺纹，分别用于连接导杆和内送丝嘴。采用螺纹连接的目的是便于更换内送丝嘴，以适用于不同直径的焊丝。

优选的，所述导杆内部开有用于输送焊丝的通孔以及用于连接外送丝嘴的外螺纹。

优选的，所述连接滑套内部开有用于连接焊枪枪体的内螺纹。

本发明还提供了一种焊枪，其包括前面所述的通过侧壁对称双送丝的一体式tig焊喷嘴。

本发明还提供了一种可通过侧壁对称双送丝的一体式tig焊喷嘴及焊枪在机械制造领域中的应用。

本发明的有益效果是：

本发明通过两根焊丝从喷嘴本体的两侧对称地同时送入(两台送丝机的启动按钮上的接线并联起来，由一个按钮进行控制即可实现同时送入)，与toptig的单侧送丝相比，熔敷速度提高了一倍；与传统tig相比，熔敷速度可提高2倍。两根焊丝在送入熔池之前所吸收的喷嘴余热和弧柱区热量也比单侧送丝的toptig提高一倍，减少了电弧能量的散失，电弧能量利用率比传统tig提高12.5％，比toptig提高了6.2％，降低了焊接成本。另外，两根焊丝同时送入还保证了电弧对工件加热的对称性和高速焊下焊接过程的稳定性，显著提高焊接速度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1(a).焊接电流为150a、焊接速度为0.5m/min、送丝速度为2.1m/min，从钨极前方送丝时单侧送丝的toptig焊接熔池形态；

图1(b)为图1(a)对应的焊缝成形；

图2(a)焊接电流为150a焊接速度、0.5m/min为送丝速度、送丝速度为2.5m/min，从钨极后方送丝时单侧送丝的toptig焊接熔池形态；

图2(b)为图2(a)对应的焊缝成形；

图3为本发明的结构示意图；

图4为加工有通孔的喷嘴本体结构示意图；

图5(a)为外送丝嘴的结构示意图；

图5(b)为外送丝嘴的剖视图；

图6为导杆的结构示意图；

图7为连接滑套的结构示意图；

图8为内送丝嘴的结构示意图；

图9为本发明与焊枪和送丝系统的装配示意图；

图10(a)、本发明在0.8m/min的焊接速度、5.0m/min送丝速度下获得了稳定的焊接过程示意图；

图10(b)为图10(a)成形的焊缝。

图中:1.喷嘴本体，2.外送丝嘴，3.导杆，4.连接滑套，5.内送丝嘴，6.喷嘴侧壁的通孔，7.外送丝嘴内部的内螺纹，8.外送丝嘴内部的内螺纹，9.导杆内部的通孔，10.导杆外部的外螺纹，11.连接滑套内部的内螺纹，12.焊枪，13.送丝管14.焊丝。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的工艺在进一步提高焊接速度下或送丝速度时，焊缝也会出现驼峰和焊缝边缘未熔合等缺陷；在同样焊接电流下，随着焊接速度的增加，这一送丝速度极限值逐渐减小，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种通过侧壁对称双送丝的一体式tig焊喷嘴。

本申请的一种典型的实施方式如图3所示，填丝tig双送丝的喷嘴，包括：喷嘴本体1、外送丝嘴2、导杆3、连接滑套4、内送丝嘴5。

喷嘴本体1的侧壁上开有两个通孔6，所述外送丝嘴2焊接在喷嘴两侧，所述导杆3与外送丝嘴2相连接，外送丝嘴2一端与通孔6连通，另一端与导杆3连通，所述连接滑套4套安装在喷嘴本体1上部，所述内送丝嘴(5)安装在外送丝嘴内部。本发明通过两根焊丝从喷嘴本体的两侧对称地同时送入(两台送丝机的启动按钮上的接线并联起来，由一个按钮进行控制即可实现同时送入)，与toptig的单侧送丝相比，熔敷速度提高了一倍；与传统tig相比，熔敷速度可提高2倍。两根焊丝在送入熔池之前所吸收的喷嘴余热和弧柱区热量也比单侧送丝的toptig提高一倍，减少了电弧能量的散失，电弧能量利用率比传统tig提高12.5％，比toptig提高了6.2％，降低了焊接成本。另外，两根焊丝同时送入还保证了电弧对工件加热的对称性和高速焊下焊接过程的稳定性，显著提高焊接速度。

在本实例中，如图4所示，优选的，所述喷嘴本体1在对称的两侧开有通孔6，所述通孔6的轴线与喷嘴轴线的夹角为30～400，以使焊丝轴线与通常磨制出60～80°锥角的钨极端部锥面保持平行，有利于在焊接过程中调节焊丝与钨极端部锥面之间距离的调整，大量实验表明，这个距离与焊丝直径相当时焊接过程最稳定。

进一步优选的实施例，通孔6的轴线与喷嘴轴线的夹角为40°。

两个通孔相互对称设置；这样可保证在焊接过程中两根焊丝轴线、钨极的轴线、焊缝中心线均位于同一个平面上，保证电弧力、过渡熔滴、焊接熔池沿着焊缝中心线和电弧中心线对称分布，有利于获得稳定的焊接过程和良好的焊缝成形。

在本实例中，优选的，所述外送丝嘴2的轴线与通孔6的轴线共线。以保证两焊丝的轴线与钨极轴线、焊缝中心线位于同一个平面上，保证电弧力、过渡熔滴、焊接熔池沿着焊缝中心线和电弧中心线对称分布，有利于获得稳定的焊接过程和良好的焊缝成形。

在本实例中，如图5所示，优选的，所述外送丝嘴2内部加工有内螺纹7和内螺纹8，内螺纹7用于连接导杆3，内螺纹8用于连接内送丝嘴5；螺纹连接的目的是便于焊丝的安装，同时便于更换内送丝嘴。

在本实例中，如图6所示，优选的，所述导杆3内部开有用于输送焊丝的通孔9以及用于连接外送丝嘴的外螺纹10。

在本实例中，如图9所示，优选的，所述导杆3的另一端与送丝管13相连，送丝管用于送丝。

在本实例中，如图7所示，优选的，所述连接滑套4内部开有用于连接焊枪的内螺纹(11)。

在本实例中，如图9所示，优选的，所述连接滑套4将喷嘴固定于焊枪上。

利用上述装置，本发明进行了试验，如图10(a)和10(b)所示，在0.8m/min的焊接速度、5.0m/min送丝速度下获得了稳定的焊接过程(如图10(a)所示)和良好的焊缝成形(如图10(b)所示),熔敷速度达到了57.0g/min。

此外，本发明还提供了一种焊枪，其包括前面所述的通过侧壁对称双送丝的一体式tig焊喷嘴，其余部分可以采用现有的装置。

本发明还保护所述的一体式tig焊喷嘴及焊枪在机械制造领域中的应用，包括各种食品机械、动力机械、起重运输机械、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。

上述实例仅为本发明优选的一种实例，不能以此实例来限定本发明的权利范围。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性变化和替换均属于本发明所要求保护的范围。