一种锁孔TIG-激光同轴复合焊炬的制作方法

本方案属于焊接设备技术领域，具体涉及一种锁孔TIG-激光同轴复合焊炬。

背景技术：

随着制造业的发展，对焊接质量和焊接效率提出了更高的要求。但受限于焊接速度与焊接质量的耦合关系，常规传统热源焊接无法实现大板厚、高速、高质量的焊接。复合热源焊接技术将焊接速度与焊接质量解耦，实现了“1+1>2”的效果。激光-电弧复合焊接是常见的复合热源焊接技术之一。其中电弧焊成本低、电效率高，但其存在热输入大、焊接变形严重及焊接效率难以提升等缺点；激光焊焊接速度快、变形小、能量集中、精度高，但其存在等离子体屏蔽、能量转化效率低、成本高、装配间隙小等缺点。复合后可取长补短，相互弥补，更好的发挥两者的作用。

目前，国内外的激光-电弧复合焊大多采用的是以激光为主要热源的旁轴复合，这会引起复合热源在工件上的作用区域为非对称分布、电弧对激光屏蔽严重、焊接装置对焊接位置及空间要求较高等问题。

技术实现要素：

本申请的目的在于针对上述技术问题，提供一种冷却良好、可稳定实现大电流焊接的同轴复合焊接装置。具体技术方案如下。

一种锁孔TIG-激光同轴复合焊炬，包括激光头、安装激光头的安装板、与安装板连接的节气接头、与节气接头连接的平衡架、调节器内套、连接平衡架和调节器内套的焊接高度调节器、平衡弹簧、与调节器内套连接的内腔体、与内腔体连接的钨极、绝缘套筒、与绝缘套筒连接的焊枪外体和与焊枪外体连接的气罩，平衡弹簧嵌于平衡架与内枪体之间，保证焊枪与调节结构的柔性连接与平衡，激光束经激光头打出，依次经过安装板、节气接头、平衡弹簧、焊接高度调节器、调节器内套、内枪体、中空钨极，作用于工件。

焊枪外体设有进水孔和出水孔，焊枪外体与绝缘套筒之间形成水道。绝缘套筒与内腔体之间形成水道。焊枪外体上方连接冷却水进水管，下方连接出水管，焊枪外体、绝缘套筒及内枪体之间形成双层水道。

钨极底端横截面在绝缘套筒与内腔体之间的水道范围内。进水口中水通过环流后进入绝缘套筒与内枪体之间水道对钨极及与其相连的内枪体进行冷却，环流层贴近钨极尖端。

水道内水流速度大于2L/min。利用冷水机保证冷却水流速大于2L/min，提升换热效率，以实现对焊接过程中钨极的强制冷却。

高度调节器调节平衡架和调机器内套的相对距离。高度调节器设有内螺纹。焊接高度调节器内壁存在正旋与反旋螺纹，可在上下方设备固定的情况下实现高度调节，配合平衡弹簧实现枪体的纵向稳定。如果高度调节器只有一种旋向，调节器内套将作为外螺纹，焊枪下部整体旋转才能调节高度，使得每次调节高度都要旋转下部整个枪体，带来水管、气管、电线的绕线问题；同时，上部和下部枪体成为可旋转的，焊枪在移动焊接过程中难免会带来抖动和振动，这种可旋转结构不稳定带来误旋转或倾斜。与此理由类似，平衡架和调节器内套设置成插接结构。

平衡架下方设置平衡调节螺母，配合调平螺栓实现焊炬整体平衡的调节。调平螺栓与激光头、安装板及平衡架相连，在平衡架下方设置平衡调节螺母用以调节枪体，以保证中空钨极、电弧与激光束的同轴复合。

内枪体与钨极通过AgCuTi箔片真空钎焊连接，连接整体呈翼型，最大化增加冷却效果，实现钨极在400A焊接电流下不发生明显烧损。

进气孔道为间隙圆盘型，出气孔道出口为阶梯型，使得气体从进气孔道均匀进入后由出气孔道出口流出切向撞击至气罩内壁，沿气罩内壁向下层流至电弧附近，形成了类似于气筛的效果，利于实现气体分层实现层流，保证良好的气体保护效果。

平衡架与调节器内套形成插接结构，防止焊枪在焊接过程中的转动。

节气接头和平衡架、绝缘套筒和焊枪外体之间均设有O型密封圈，保证气体与冷却水的密封。

绝缘套筒与节气接头为高强度绝缘塑料，调平螺栓与平衡架之间存在T型绝缘垫片，实现焊枪与激光器的电气绝缘，保证激光器不受焊枪电流的破坏。

本技术方案通过水冷壁增加钨极散热面积改善了原有锁孔TIG-激光复合焊炬中锁孔TIG的冷却效果，保证了焊接过程的稳定性，使得焊枪可以稳定实现大电流焊接；利用平衡及调节机构避免了由于激光束与钨极不同心带来的钨极烧损及中心孔堵塞的问题，增强复合效果，使焊接过程更加稳定；改进了气道形状，提升了保护气的保护效果，使得焊缝成形更加美观，实现焊接深度和焊接质量的提升与优化。

附图说明

图1：本实用新型一种锁孔TIG-激光同轴复合焊炬的结构示意图；

图2：本实用新型一种锁孔TIG-激光同轴复合焊炬的焊接示意图。

其中：1.激光束；2.调平螺栓；3.安装板；4.节气接头；5.平衡架；6.平衡调节螺母；7.平衡弹簧；8.焊接高度调节器；9.调节器内套；10.接电螺母；11.绝缘套筒；12.焊枪外体；13.内枪体；14.进气孔道；15.气罩；16.出气孔道出口；17.钨极；18.工件；19.焊缝背面；20.K-TIG焊枪；21.气体保护层；22.K-TIG电弧。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本方案作进一步说明。

本技术方案一种锁孔TIG-激光同轴复合焊炬的具体实施例如图1-2所示。

实施例1

如图1所示，本方案的锁孔-TIG与激光同轴复合的焊接装置，包括激光束1、调平螺栓2、安装板3、节气接头4、平衡架5、平衡调节螺母6、平衡弹簧7、焊接高度调节器8、调节器内套9、接电螺母10、绝缘套筒11、焊枪外体12、内枪体13、进气孔道14、气罩15、出气孔道出口16及钨极17。中空钨极17与内枪体13连接在一起，并通过调节器内套9、焊接高度调节器8、平衡架5、节气接头4与激光的安装板3相连，组成中空通路，激光束1从激光头射出，经过中空的通路作用于工件表面。

焊枪外体12、绝缘套筒11及内枪体13之间形成双层水道；焊枪外体11上方连接冷却水进水管，下方连接出水管；进水口中水通过环流后进入绝缘套筒11与内枪体13之间水道对钨极17及与其相连的内枪体13进行强制冷却，经上方孔环流后由出水口流出；用冷水机保证冷却水流速大于2L/min，提升换热效率，以实现对焊接过程中钨极17的强制冷却。

内枪体13与钨极17的连接是经AgCuTi箔片由真空钎焊完成，连接整体呈翼型，这使得钨极17与被强制水冷的内枪体13大面积接触，最大化增加钨极17的冷却效果，实现钨极在400A焊接电流下不发生明显烧损。。

进气孔道14为间隙圆盘型，出气孔道出口16为阶梯型，使得气体从进气孔道14均匀进入后由出气孔道出口16流出切向撞击至气罩15内壁，沿气罩15内壁向下层流至电弧附近，形成了类似于气筛的效果，利于实现气体分层实现层流，保证良好的气体保护效果。

焊接高度调节器8内壁存在正旋与反旋螺纹，可在上下方设备固定的情况下实现高度调节，配合平衡弹簧7实现枪体的纵向稳定。

平衡架5与调节器内套9形成插接结构，防止焊枪在焊接过程中的转动。

平衡弹簧7嵌于平衡架5与内枪体13之间，用以保证焊枪与调节结构的柔性连接与平衡。

节气接头4和平衡架5、及绝缘套筒11与焊枪外体12之间均设有O型密封圈，用以保证气体与冷却水的密封。

调平螺栓2与激光头、安装板3及平衡架5相连，在平衡架5下方设置平衡调节螺母用以调节枪体，以保证中空钨极17、电弧与激光束1的同轴复合。

绝缘套筒11与节气接头4为高强度绝缘塑料；调平螺栓2与平衡架5之间存在T型绝缘垫片，实现焊枪与激光器的电气绝缘，保证激光器不受焊枪电流的破坏。

实施例2

如图2所示，焊接厚度为14mm的304不锈钢工件18。焊接接头形式为对接接头，焊前依次确认冷却水循环、导电通道连通、气体通道效果，焊接时依次建立水、电、气连接，先开启冷却水循环系统，启动电源，设定合适的参数后开始焊接。

焊接开始前，利用平衡及调节机构调节TIG焊焊接高度及对中，保证同心度，防止钨极烧损及中心孔堵塞。焊接过程中，先开启锁孔TIG焊接电源，随后开启激光电源，通过激光诱导，辅助锁孔TIG在熔池底部实现稳定的穿孔状态，保证焊接过程的稳定性，改善锁孔TIG的焊接质量，焊缝成型更加美观，图2中焊缝背面19也很美观，实现稳定的单面焊双面成型效果。

实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。