用于深窄间隙的TIG励磁焊枪的制作方法

本实用新型涉及焊枪，特别涉及tig焊枪属于焊接技术领域。

背景技术：

在采用tig焊枪的窄间隙焊接中，由于焊接时焊枪难以横向倾斜，侧壁熔合不佳是一个很难解决的问题，侧壁未融合即在焊接时液态填充金属直接在固态母材金属上冷却，形成焊缝金属与母材金属未熔化结合在一起的缺陷。该缺陷属于层间未熔合，是一种面缺陷。当接头承受拉应力时，极易在该处首先产生裂纹，大大降低抗拉极限，致使接头断裂，在深窄间隙焊接时，由于焊枪直径，间隙宽度以及间隙深度的限制，无法多道焊接，无法摆动焊枪焊接且无法单道焊接填满焊逢，即使强行增加液态填充金属量填满间隙，但是侧壁由于电弧未能提供足够热量而造成未熔合，甚至造成未焊透、气孔、夹杂等缺陷。当接头承受拉应力时，未熔合缺陷是裂纹的发源地，严重降低了焊接接头的力学性能，存在很大的安全隐患。

为了解决这个问题，行业内的技术人员采用了多种方法，1、采用斜的电极，在焊接中使电极旋转，这种方式可在一定程度上解决侧壁未融合问题，但需要增加旋转机构，结构复杂，而且对不同宽度的焊缝适应性差；2、采用两把焊枪，这种焊接方式焊接后的强度差。目前在窄间隙焊缝的焊接中，即使采用了上述的技术在一定程度上克服了侧壁未熔合的问题，由于焊枪结构的限制，目前的能够进行焊接的焊缝深度最大在180mm，所以对于较深的焊缝（即深窄间隙），上述任何一种技术无法应用。国外出现的一种扁平焊枪可以实现深窄间隙焊接，但其价格非常昂贵，最便宜的也要200多万，价格高的达到5000万元，一般用于核电等场合的焊接。目前为了解决深窄间隙侧壁未熔合影响的焊接质量问题，在很多深窄间隙焊接场景下要开很大、很深的坡口(如大型封头制作中)，这造成了加工过程繁琐、在焊接过程中需要填充的耗材多、焊接效率低、成本高。

磁控焊接技术是一种日益青睐的焊接技术，即采用外加磁场来调控焊接过程。外加磁场可作用于焊接电弧，也可作用焊接熔池。不仅可以改变电弧形态，也能影响母材的熔化和焊缝成形，从而提高焊缝力学性能，降低气孔，裂纹等焊接缺陷的敏感性，获得优质焊缝。根据所产生的磁场线方向与焊接方向、焊枪轴向的关系，外加磁场可分为纵向磁场、横向磁场、尖角磁场。但是磁控焊接在工业上的应用并不广泛，主要是因为传统上焊接工作者对磁控焊接技术研究存在以下不足：

（1）注重理论研究，而无法用于工业焊接。即所探讨的励磁装置由于尺寸、位置限制以及励磁装置未能与焊枪形成联动，导致该设备无法在工业里大规模地应用；

（2）在横向磁场研究过程中：

注重稳定横向磁场焊接，忽略交变横向磁场研究。

注重磁力线与电弧轴线垂直但是与焊接方向垂直的横向磁场研究，导致励磁线圈位于焊道左右两侧，增加设备尺寸而降低实际焊接的可行性；

注重将磁场施加于熔池液态金属，用于改变液态金属流态得到组织致密的焊缝，该方法无法解决侧壁未熔合问题。

（3）在纵向磁场研究过程中注重缩小电弧直径，达到增加能量密度，从而增加熔深的目的。但是这种增加效果不是很明显，其次无法解决侧壁未熔合问题。

（4）在尖角磁场研究过程中，其目的是利用较为复杂的磁发生装置同时产生纵向磁场和横向磁场，增加弧柱区的能量密度，使tig焊电弧变为椭圆形，削弱电弧压力对熔池的压迫作用。但该方法不能解决侧壁未熔合问题。

总之，磁控焊接由于励磁装置的复杂程度以及尺寸限制，未能有效便捷地在实际焊接过程中利用，故必须进行创新改进才能增加其工业的应用价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服目前的深窄间隙焊接中存在的上述问题，提供一种用于深窄间隙的tig励磁焊枪。

为实现本实用新型的目的，采用了下述的技术方案：用于深窄间隙的tig励磁焊枪，包括tig焊枪，在tig焊枪上固定连接有励磁装置，励磁装置包括导磁棒和励磁线圈，导磁棒固定连接在非金属绝缘板上，非金属绝缘板与焊枪之间固定连接，导磁棒的两个磁头端分别位于焊枪下端钨极前后，前方指焊接方向，导磁棒的两个磁头正对焊枪下端钨极，导磁棒上缠绕有励磁线圈，励磁线圈连接有直流电源以及直流电流方向调整变化电路。

进一步的；所述的两个磁头端部的距离大于等于45mm。

进一步的；所述的焊枪下端钨极于两个磁头之间。

本实用新型的积极有益技术效果在于：本发明的焊枪及焊接方法能够产生磁力线与电弧轴线垂直但是与焊接方向平行的外加交变横向磁场。该交变外加横向磁场能够使tig焊电弧垂直与焊接方向周期摆动，摆动的电弧在熔化焊缝填充金属的基础上会周期地作用在侧壁，为侧壁输入足够热量。侧壁在获得足够热量的情况下，母材首先会熔化，在液态金属表面张力的作用下，熔化的液态母材金属与液态填充金属熔合，共同形成焊缝，从而解决深窄间隙焊接时因侧壁母材未熔化出现的侧壁未熔合的问题，本发明对焊缝深度没有要求，焊缝深度达到一米以上也可以很好的完成。

附图说明

图1是本发明的焊枪的示意图。

图2是励磁装置的电路原理图。

图3是在一个周期内的偏转示意图。

具体实施方式

为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。

结合附图对本发明进行进一步详细的阐述，附图中各标记为：1：焊枪；2：陶瓷板；3：线圈；4：导磁棒；5：送丝管；6：直流电源；7：普通开关；8：滑动变阻器；9：双控开关一；10：双控开关开关二。

本申请中，深窄间隙特别适用于深度大于180mm的间隙。

如附图所示，用于深窄间隙的tig励磁焊枪，包括tig焊枪1，送丝管5为原设备上均具有，在tig焊枪上固定连接有励磁装置，励磁装置包括导磁棒4，导磁棒4固定连接在非金属绝缘板上，本实施中，非金属绝缘板为陶瓷板，非金属绝缘板与焊枪之间固定连接，导磁棒的两个磁头端分别位于焊枪下端钨极前后，所述的焊枪下端钨极位于两个磁头之间，前方指焊接方向，所述的两个磁头端部的距离大于等于45mm，两个磁头端部的距离即励磁装置的气隙，如图1中的l所示，导磁棒的两个磁头正对焊枪钨极，导磁棒上缠绕有励磁线圈3，励磁线圈连接有直流电源以及直流电流方向调整变化电路，本装置中，电流方向调整变化电路通过图2中9、10所示的双控开关一、双控开关二来实现，在图2中励磁线圈、滑动变阻器与直流电源串联，滑动变阻器用来调整励磁电流大小，图2中9、10组成的双控开关可以采用两个直流固态继电器，该两个直流固态继电器的控制电流（控制信号）与控制器相接，输出端与图2中励磁线圈相接，即输出端流通励磁电流。焊接时，在控制器中输入两直流固态继电器控制电流通断频率指令，在该指令下两直流固态继电器控制电流在一定频率下开断，使得两直流固态继电器输出端电流（励磁电流）在该频率下开断，从而达到切换励磁电流方向的目的。关于控制器控制固态继电器自动开断是本领域常用的技术，在其作用下励磁电流以一定频率切换方向，使励磁线圈产生周期变换的横向磁场。

对于本申请中的励磁装置，以下是一种励磁线圈和导磁棒的参数选择表：

导磁棒采用6mm圆柱，总长度不得小于428.2mm。该设计而来的整个设备宽度可优化至16-18mm，能够深入窄间隙中进行焊接，满足实际要求，电弧摆动能够为深窄间隙侧壁提供足够的热量，以解决深窄间隙焊接时侧壁未熔合问题。电弧单侧摆动的幅度可达28mm，摆动电弧作用宽度最大可达56mm。适合焊接宽度大于20-40mm的深窄间隙，且焊接深度不受限制，整个焊枪的成本在一万元左右。

采用本焊枪进行深窄间隙的焊接时，可包括以下步骤：

a：采用用于深窄间隙的tig励磁焊枪，开启焊枪和励磁装置，施加大小不同的励磁电流，得到不同励磁电流下电弧的单侧摆动幅度值；

b：根据焊缝的宽度选择单道或多道焊接，当励磁焊枪宽度与深窄间隙宽度相差8mm以内时，励磁焊枪位于深窄间隙中心，采用单道焊接，当励磁焊枪与深窄间隙焊缝的宽度相差8mm以上时，励磁焊枪从深窄间隙的一侧开始焊接，采用多道焊接；

c：进行单道焊接时，启动励磁装置，励磁电流方向调整变化电路使励磁线圈中的电流方向以一定频率切换，在两个磁头间产生横向交变磁场，开启tig焊枪，使焊枪沿焊接方向前进，前进的过程中电弧在交变磁场的作用下在焊缝宽度方向上周期性摆动；当采用多道焊接时，在涉及到侧壁母材的焊接中励磁线圈中通过交变电流或直流电流，当进行中间不涉及侧壁母材的焊接时，励磁线圈中不通过电流，当需要励磁电流时，根据需要的电弧摆动幅度选择合适的直流或交变电流作为励磁电流，使励磁电流产生的磁场作用于电弧后电弧的单侧摆动幅度值大于励磁焊枪宽度的二分之一，且摆动的电弧能够作用到侧壁母材，电弧的单侧摆动幅度值为励磁焊枪宽度的二分之一加2-5mm，给予母材加热；

d：焊接在末端时，首先关闭焊枪，再断开励磁电源。

在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。