一种阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔tig焊接装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于焊接设备技术领域，涉及一种阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置。该焊接装置，包括钨极、焊炬外体、导电体、导电嘴、导电棒、气罩；钨极被钨极夹加持，通过导电嘴固定到导电体上；导电体装配在焊炬外体内，其上、下两端分别安装有上、下绝缘套筒；气罩固定在焊炬外体外部，导电棒与导电体连接；气罩上设有导磁体，导磁体固定在气罩上；导磁体外部设有绝缘限位套；绝缘限位套上均匀缠绕有磁控线圈。本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，通过对阴极的强制冷却和对电弧的电磁压缩作用，使焊接过程中的电弧呈拘束状态，实现厚壁构件不开坡口条件下的大熔深锁孔焊接，获得高质量的焊缝。
【专利说明】
一种阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置
技术领域
[0001]本实用新型属于焊接设备技术领域，涉及一种阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置。
【背景技术】
[0002]妈极氩弧焊(也称TIG焊)是“惰性气体保护妈极电弧焊”(Tungsten Inert Gasarc Welding)的简称，其原理是通过不熔化的钨电极产生焊接电弧填充或不填充焊丝最终使待焊工件达到金属原子间的连接，主要用于碳钢、不锈钢、铝合金以及其他有色金属材料的焊接。传统的TIG焊焊接过程稳定，焊缝成形和焊接接头质量良好，由于其熔深浅、焊接效率低，传统TIG焊一般仅用于薄壁构件的焊接以及厚大构件的打底焊。
[0003]针对传统TIG焊熔深浅的弊端，锁孔效应TIG焊应运而生，其原理是通过对钨极及气罩的强力冷却作用在大电流作用下实现3-16mm厚材料的穿孔焊接，焊接过程不需要填充焊丝，焊接效率得到了较大的提高。国内实用新型专利201420318497.7公布了一种锁孔效应TIG深熔焊焊枪，在传统TIG焊枪的基础上设计了钨极和气罩的强制冷却系统，通过大电流TIG方式实现了锁孔效应深熔焊。
[0004]上述方法仅通过对钨极和气罩的冷却从而获得大电流的方式达到锁孔效应的目的，电弧压力主要依靠大电流维持，并呈线性关系，焊接过程中易出现保护气流扰动，影响保护效果;其次，由于焊接速度较快熔池流动不充分易产生焊缝余高较大、咬边等缺陷，因此以上方法对于提高焊缝质量方面、优化焊接工艺、扩大小孔TIG焊接适用性等方面受到限制。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有TIG焊及深熔TIG焊应用范围小、焊缝成型差、咬边等缺陷，通过阴极强制冷却以及径向磁场对焊接电弧的径向压缩作用，使得TIG电弧能量密度进一步提高，提高了锁孔TIG焊接的适用性，并且电弧中带电粒子在径向磁场中受洛伦兹力作用呈螺旋向下高速旋转状态，可对熔池进行机械搅拌，有利于熔池中的气体逸出和铺展成型，在克服焊后焊缝未焊透、成型差、咬边等方面获得良好的效果。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，包括钨极、焊炬外体、导电体、导电嘴、导电棒、气罩;所述的钨极被钨极夹加持，通过导电嘴固定到导电体上;所述的导电体装配在焊炬外体内，其上、下两端分别安装有上、下绝缘套筒;气罩固定在焊炬外体外部，导电棒与导电体连接;气罩上设有导磁体，所述的导磁体固定在气罩上；导磁体外部设有绝缘限位套;绝缘限位套上均匀缠绕有磁控线圈;磁控线圈的两端分别连接冷却水进水管和冷却水出水管。
[0007]所述下绝缘套筒与导电体，及下绝缘套筒与焊炬外体之间均设有O型密封圈，下绝缘套筒分别与导电体和焊炬外体之间形成两个水道;下绝缘套筒连接冷却水进水管，焊炬外体连接冷却水出水管;两个水通道通过下绝缘套筒上开设的通孔相连通。通过冷却水在两个水通道之间的循环，对钨极和焊炬进行冷却。
[0008]在气罩和焊炬外体之间安装有绝缘套。
[0009]所述钨极端部为对称锥形，直径为6mm，端部锥角为60°。
[0010]磁控线圈的两端分别连接冷却水进水管和冷却水出水管，通过冷却水在磁控线圈内循环达到冷却线圈的目的。
[00?1 ] 所述的磁控线圈材料为直径6mm的紫铜管，每层线圈间距为2mm，当线圈接入交变电源后产生纵向交变磁场对焊接电弧进行压缩。
[0012]所述线圈使用的磁控电源具有直流和交流两种励磁方式，交流状态下输出频率在500-5000HZ内可调，工作状态为恒流模式。
[0013]所述导磁体为Q235材料，磁控线圈、导磁体、气罩、焊炬外体、导电体、钨极为由外到内依次设置的同轴结构。
[0014]所述上、下绝缘套筒均为高强度绝缘塑料，绝缘套为陶瓷材料。
[0015]本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，通过对阴极的强制冷却和对电弧的电磁压缩作用，使焊接过程中的电弧呈拘束状态，可获得能量密度集中、高速旋转的TIG电弧，可实现厚壁构件不开坡口条件下的大熔深锁孔焊接，获得高质量的焊缝，可大幅提升焊接效率并极大的节约焊接成本，具有巨大的工业应用价值。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置中心轴向剖面图；
[0017]图2为本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置焊接过程示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合附图以及具体实施例对本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接设备进行详细说明。
[0019]如图1所示，本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，包括妈极7、焊炬外体、导电体5、导电嘴13、导电棒18、气罩11，妈极7被妈极夹14加持，并通过导电嘴13固定到导电体5上，导电体5装配在焊炬外体3内，其上、下两端分别安装有上绝缘套筒4、下绝缘套筒6，顶部端盖I在顶部锁紧螺母2的作用下对焊炬外体3内部构件进行径向固定，气罩11固定在焊炬外体3外部，绝缘套15被安装在气罩11和焊炬外体3之间。导电棒18与导电体5连接，保护气管19与上绝缘套筒4连接。
[0020]导磁体10通过压紧盖板12固定在气罩11上；导磁体10外部设有绝缘限位套8;绝缘限位套8上均匀缠绕有磁控线圈9;磁控线圈9的两端分别连接冷却水进水管17和冷却水出水管16。线圈材料为直径6mm的紫铜管，每层线圈间距为2_，紫铜管内通入冷却水，通过冷却水在紫铜管内循环实现对线圈的冷却。当线圈接入交变电源后产生纵向交变磁场对焊接电弧进行压缩。
[0021]下绝缘套筒6与导电体5，及下绝缘套筒6与焊炬外体3之间均设有O型密封圈，下绝缘套筒6分别与导电体5和焊炬外体3之间形成两个水通道;下绝缘套筒6连接冷却水进水管17，焊炬外体3连接冷却水出水管17;两个水通道通过下绝缘套筒6上开设的通孔相连通，分别对钨极和焊炬进行循环冷却。
[0022]本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置钨极端部为对称锥形，直径为6mm，端部锥角为60°。
[0023]本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置线圈使用的磁控电源具有直流和交流两种励磁方式，交流状态下输出频率在500-5000HZ内可调，工作状态为恒流模式。
[0024]本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置导磁体为Q235材料，线圈、导磁体、气罩、焊炬外体、导电体、钨极为由外到内依次设置的同轴结构。
[0025]本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置上、下绝缘套筒均为高强度绝缘塑料，绝缘套15为陶瓷材料。
[0026]本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，焊接电源选用奥太WSME-630型焊机，直流反接时脉冲电流、频率、占空比可调。磁控电源为自制电源，励磁方式可选择直流和交流方式，交流方式下交变频率在500-5000HZ范围内可调。冷却循环水设备选用CW-5300型冷水机，冷却水最低温度可达1.5°C。
[0027]本实用新型的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，工作原理如下:气路通道:保护气体经保护气管19进入，通过导电体5内腔并在导电体下端导气孔处流出进入气罩11内部，焊接时对钨极进行保护。
[0028]导电通道:焊接电源与导电棒18固定连接，导电棒18、导电体5、钨极夹14、导电嘴13及钨极7连接后形成导电通道，并通过上绝缘套筒4和下绝缘套筒6与焊炬外体绝缘，焊接时焊接电流在钨极尖端与工件之间形成焊接电弧并稳定燃烧。
[0029]冷却水循环系统:冷水机出水口与冷却水进水管17及磁控线圈9上端连接，冷却水出水管16及磁控线圈9下端与冷水机进水口连接，冷却水经过磁控线圈9循环，形成一路冷却水循环系统，对磁控线圈进行冷却。冷却水经冷却水进水管17分别流经下绝缘套筒6与导电体5、下绝缘套筒6与焊炬外体3之间的循环水通道，最后从冷却水出水管16流出，形成另一路冷却水循环系统，对钨极和焊炬进行冷却。
[0030]磁控系统:磁控电源分别与磁控线圈9两端连接，工作时磁控电源产生的励磁电流经过磁控线圈后产生纵向或纵向交变磁场对焊接电弧及熔池产生影响。
[0031]焊接时依次建立水、电、气连接后，先开启冷却水循环系统，启动磁控电源、焊接电源，设定合适的参数后即可开始焊接。如图2所示，焊接过程中，电弧在径向磁场的压缩作用下能量集中，在熔池前方形成稳定的穿透锁孔；同时在洛伦兹力作用下电弧高速旋转对熔池进行搅拌;其次，在直流脉冲作用下，电弧对熔池中的金属液产生周期性的振荡作用。在以上因素的综合作用下，可以达到促进气体从熔池中逸出，减少气孔，细化晶粒的作用，进而得到优质焊缝。
[0032]焊接完成后，依次关闭磁控电源、焊接电源、保护气、冷却水系统。
【主权项】
1.一种阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，包括钨极、焊炬外体、导电体、导电嘴、导电棒、气罩;所述的钨极被钨极夹加持，通过导电嘴固定到导电体上;所述的导电体装配在焊炬外体内，其上、下两端分别安装有上、下绝缘套筒;气罩固定在焊炬外体外部，导电棒与导电体连接;其特征在于:气罩上设有导磁体，所述的导磁体固定在气罩上;导磁体外部设有绝缘限位套;绝缘限位套上均匀缠绕有磁控线圈。2.根据权利要求1所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:所述下绝缘套筒与导电体，及下绝缘套筒与焊炬外体之间均设有O型密封圈，下绝缘套筒分别与导电体和焊炬外体之间形成两个水通道;下绝缘套筒连接冷却水进水管，焊炬外体连接冷却水出水管;两个水通道通过下绝缘套筒上开设的通孔相连通。3.根据权利要求2所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:在气罩和焊炬外体之间安装有绝缘套。4.根据权利要求2所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:所述妈极端部为对称锥形，直径为6mm，端部锥角为60°。5.根据权利要求1至4任一项所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:磁控线圈的两端分别连接冷却水进水管和冷却水出水管，通过冷却水在磁控线圈内循环对线圈进行冷却。6.根据权利要求1至4任一项所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:所述的磁控线圈材料为直径6_的紫铜管，每层线圈间距为2_。7.根据权利要求1至4任一项所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:所述的磁控线圈使用的磁控电源具有直流和交流两种励磁方式;交流状态下输出频率在500-5000HZ内可调，工作状态为恒流模式。8.根据权利要求1至4任一项所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:所述导磁体为Q235材料。9.根据权利要求3所述的阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔TIG焊接装置，其特征在于:绝缘套为陶瓷材料。
【文档编号】B23K9/32GK205496755SQ201620141617
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】张洪涛, 王波, 高丙路, 纪昂, 王群, 包安
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）