一种同轴多钨极共熔池TIG焊装置及其焊枪的制作方法

本实用新型涉及一种利用自动化专机实现焊接过程全部自动化的同轴多钨极共熔池TIG焊装置，属于焊接自动控制技术领域。

背景技术：

TIG这种焊接方法由于采用惰性气体保护，电弧燃烧相当稳定，焊缝质量十分优异，是高端工业部门焊接制件和精密零部件首选的焊接工艺方法。但是TIG焊由于其电极的载流能力有限，电弧功率受到限制，熔敷速度低，尤其是中等厚度的焊接结构，需要开坡口和多层焊。热丝TIG焊是在普通冷丝TIG焊的基础上加一个单独的热丝电源对焊丝进行预热，使得焊丝在被送入熔池前加热到300～500℃，不改变焊接线能量的情况下增加焊丝熔化速度，从而提高焊接生产效率。因此，与冷丝相比，热丝TIG焊的熔敷率得到提高，从而提高了焊接效率。

现有热丝TIG焊是采用外置电阻加热的方法预热焊丝，即：在焊丝送入熔池前，在焊丝上通过一定的电流，利用焊丝自身电阻产热实现焊丝预热，这样，在工件和焊丝之间存在一条与主焊接回路相邻的热丝电流回路。但在热丝电流回路所形成的磁场中，焊接电弧必然受到一个磁场力的作用而偏离原来的方向，产生磁偏吹，磁偏吹在热丝TIG焊中会对焊缝形状和电弧的准确定位产生不利的影响；而且这种工艺较适用于碳钢、不锈钢等电阻率较大的材料的焊接，但它很难应用于铜、铝等高导电率材料的焊接上，电流加热效率低，焊丝达不到合适的温度，所以到目前为止，传统热丝TIG焊还不适合用于铜、铝及其合金的焊接；另外，焊丝在进入熔池前的被氧化难以控制。目前，铜合金、铝合金大量应用在国防、核电等领域，适用于铜合金、铝合金的TIG焊焊接技术无疑要在熔敷效率、预热效果、焊缝质量方面进一步提升。

克服TIG焊的上述缺陷，国内外研究人员做了大量的工作，涌现出多种TIG焊焊接技术，比如窄间隙热丝TIG焊，

目前针对热丝TIG焊枪的改进已有很多，但是很少能够解决上述问题，如中国专利申请号为：201010233844.2，公开日为：2010年11月24日的专利文献，公开了一种窄间隙热丝TIG焊枪，包括焊枪角摆装置、前送气保护装置、背保护气罩装置和送丝装置，前送气保护装置连接在焊枪角摆装置上，送丝装置和背保护气罩装置同时连接在焊枪角摆装置的外壳上，焊枪角摆装置包括步进电机、主动齿轮、过渡齿轮、角摆齿轮和角摆枪杆，主动齿轮固定在步进电机的输出轴上，过渡齿轮分别与主动齿轮和角摆齿轮啮合，角摆枪杆固定于角摆齿轮的中心，其内外设置有连通的水冷管。该方案重在于改善焊接环境、降低工人劳动强度、调高工作效率，但它的热丝结构较为复杂，造成焊枪结构臃肿复杂，且无法避免焊丝预热导致的磁偏吹问题，同时，也不适合铜、铝及其合金等高导电材料的焊接。

技术实现要素：

1、要解决的问题

为了解决现有热丝TIG焊存在焊丝预热带来的磁偏吹，及难以应用于高导电率材料焊接的问题，本实用新型提供了一种同轴多钨极共熔池TIG焊装置及其焊枪，该装置的焊枪集TIG、MIG、MAG焊枪的优点于一体，能够在不产生焊接磁偏吹的前提下对焊丝进行预热，适合铜、铝及其合金等高导电材料的焊接，避免焊接中焊丝氧化，相比于现有热丝TIG焊，其在熔敷效率、预热效果、焊接速度、焊缝质量等方面得到了全面的提升。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种TIG焊枪，包括枪体和空心钨管，枪体的前端设置有喷嘴；所述的空心钨管设置在枪体中，空心钨管的前端位于喷嘴内靠近喷嘴的出口处，空心钨管连接有进气管，进气管用于接焊接保护气体气源。

作为本实用新型的进一步改进，还包括钨极和导流件；所述的空心钨管通过钨管夹头固定在枪体中，导流件夹持钨管夹头的外壁；所述的钨极通过钨极夹头固定在枪体内，钨极的一端伸到喷嘴的出口处，钨极夹头与导流件相接触。

作为本实用新型的进一步改进，所述的空心钨管设置在枪体的中心位置；所述的钨极具有3根，呈圆周分布在空心钨管的四周。

一种同轴多钨极共熔池TIG焊装置，包括焊枪；所述的焊枪采用上述的TIG焊枪。

作为本实用新型的进一步改进，还包括送丝装置和供气装置；所述的送丝装置用于输送焊丝，将焊丝穿入空心钨管内并从空心钨管的前端伸出喷嘴外；所述的供气装置与进气管连接，用于向空心钨管内输送保护气；所述的导流件连接控制电路。

作为本实用新型的进一步改进，还包括冷却装置；所述的枪体上设有连接冷却装置的进水口和出水口，冷却装置用于焊接时向枪体内通水降温。

上述的同轴多钨极共熔池TIG焊装置在铜合金、铝合金焊接中的应用。

一种同轴多钨极共熔池TIG焊装置的焊接方法，其操作步骤如下：

①焊前准备

对待焊工件打坡口，并清理坡口两侧20～30mm范围内的油污、氧化膜及水分；

②引弧

接通焊接电源，同时供气装置通过进气管向空心钨管中通入保护气，驱除空心钨管、喷嘴内空气及焊接区空气，形成保护气氛，通气1.5～4s后，焊枪引弧；

③送丝焊接

将焊枪移至焊接起始点，同时送丝装置通过空心钨管不断输送焊丝，移动焊枪进行焊接；

④焊接完成

焊接结束时，依次熄弧、停止送丝、断气，使焊接电流缓降，最后关闭焊接电源，完成焊接操作。

作为本实用新型的进一步改进，所述的步骤③的焊接过程中，向焊枪内通水冷却，可采用临时垫板，垫板材料为石墨或不锈钢，垫板厚度为2～5mm，宽度为20～50mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述的步骤③焊接时，空心钨管中气体流量为4～15L/min，焊接速度为250～500mm/min；所述的步骤④中，在电弧熄灭后继续通气5～10s，断气后再将焊枪从焊点移走。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的TIG焊枪结构设计精巧合理而富有创意，适合各种接头形式的焊接，可实现全自动化操作，并可自由移动和轻松更换场地，节约了成本和空间，实现了多功能、人性化设计，该焊枪集TIG、MIG、MAG焊枪的优点于一体，能够在不产生焊接磁偏吹的前提下对焊丝进行预热，实现了铜、铝及其合金等高导电材料的焊接，避免焊接中焊丝氧化，相比于现有热丝TIG焊，其在熔敷效率、预热效果、焊接速度、焊缝质量等方面得到了全面的提升，且电弧引燃容易，燃烧稳定；

(2)本实用新型的TIG焊枪，在枪体内设置空心钨管，保护气和焊丝均通过空心钨管输送到喷嘴，焊接时，通过空心钨管产生的电弧对焊丝进行加热，其在焊丝进入熔池前进行预热和气体保护，焊丝完全包裹在保护气氛中，大大提升了预热效果且避免了被加热焊丝的氧化，减少了电弧熔化焊丝的能量，减少气孔等焊接缺陷的产生，提高焊缝质量；并且根据不同的电弧输出功率，可得到的热丝温度范围比传统热丝大大拓宽，传统热丝TIG焊送入熔池前加热到300～500℃，而本实用新型焊丝预热温度可达680℃；

(3)传统的TIG焊枪还存在焊枪与焊丝之间的距离问题，距离太长，气体保护效果不好，易被氧化，距离太近，容易发生触碰，污染钨极尖端，影响焊接的视线，本实用新型TIG焊装置通过送丝装置将焊丝自动送丝到空心坞极内，可以精确的控制焊枪和焊丝的距离，避免钨极尖端污染，钨极寿命长；

(4)传统TIG焊钨棒承载电流能力较差，过大的电流会引起钨棒的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池面引起夹钨，其焊接电流的大小会受到钨棒的限制，熔敷速率较小，生产效率低，而本实用新型TIG焊枪采用三个3根钨极，同时采用电弧预热的空心钨管，3根钨极均布在空心钨管四周，将其包围，许用焊接电流大且集中，熔池深而窄，焊接生产率高，焊件的收缩应力和变形相比现有技术得到大大减小；在焊接厚度方面，传统TIG焊，焊接厚度小于6mm工件，本实用新型的焊接厚度可达到20mm以上；

(5)采用本实用新型的同轴多钨极共熔池TIG焊装置焊接，形成正面焊缝余高，减缓了焊散热快，使得电弧热量更为集中，焊缝成形美观，提高焊接性能。

附图说明

图1为本实用新型同轴多钨极共熔池TIG焊焊枪的主视结构示意图；

图2为本实用新型同轴多钨极共熔池TIG焊焊枪的左视结构示意图；

图3为本实用新型同轴多钨极共熔池TIG焊焊枪的右视结构示意图；

图4为图3中A-A的剖视图。

图中：1、焊丝；2、进气管；3、空心钨管；4、钨极；5、枪体；6、钨管夹头；7、钨极夹头；8、导流件；9、喷嘴。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例的一种TIG焊枪，包括枪体5、空心钨管3、钨极4和导流件8；其中，枪体5的前端设置有喷嘴9；空心钨管3设置在枪体5中的中心位置，空心钨管3的前端位于喷嘴9内靠近喷嘴9的出口处，空心钨管3连接有进气管2，进气管2用于接焊接保护气体气源；空心钨管3通过钨管夹头6固定在枪体5中，导流件8夹持钨管夹头6的外壁。所述的钨极4通过钨极夹头7固定在枪体5内，钨极4的一端伸到喷嘴9的出口处，钨极夹头7与导流件8相接触。本实施例中，钨极4具有3根，呈圆周分布在空心钨管3的四周。另外，喷嘴9的出口的中心位置处阵列圆形设置有3个呈三角形的凸台，用于支撑焊丝1，对焊丝1起定位导向作用，放置焊丝1焊接过程中位置偏移。

本实施例的TIG焊枪，结构设计精巧合理而富有创意，适合各种接头形式的焊接，可实现全自动化操作，并可自由移动和轻松更换场地，节约了成本和空间，实现了多功能、人性化设计，该焊枪集TIG、MIG、MAG焊枪的优点于一体，能够在不产生焊接磁偏吹的前提下对焊丝进行预热，适合铜、铝及其合金等高导电材料的焊接，避免焊接中焊丝氧化，相比于现有热丝TIG焊，其在熔敷效率、预热效果、焊接速度、焊缝质量等方面得到了全面的提升，且电弧引燃容易，燃烧稳定。

该TIG焊枪在枪体5内设置空心钨管3，保护气和焊丝1均通过空心钨管3输送到喷嘴9处，焊接时，通过空心钨管3产生的电弧对焊丝1进行加热，其在焊丝1进入熔池前进行预热和气体保护，焊丝完全包裹在保护气氛中，大大提升了预热效果且避免了被加热焊丝的氧化，减少了电弧熔化焊丝的能量，减少气孔等焊接缺陷的产生，提高焊缝质量；并且根据不同的电弧输出功率，可得到的热丝温度范围比传统热丝大大拓宽，传统热丝TIG焊送入熔池前加热到300～500℃，而采用该焊枪焊丝预热温度可达680℃。

实施例2

本实施例的一种同轴多钨极共熔池TIG焊装置，包括实施例1的TIG焊枪、送丝装置、供气装置和冷却装置；其中，所述的送丝装置用于输送焊丝1，将焊丝1送入空心钨管3内并从空心钨管3的前端伸出喷嘴9外；所述的供气装置与进气管2连接，用于向空心钨管3内输送保护气；所述的导流件8连接控制电路；所述的枪体5上设有连接冷却装置的进水口和出水口，冷却装置用于焊接时向枪体5内通水降温。

传统的TIG焊枪还存在焊枪与焊丝之间的距离问题，距离太长，气体保护效果不好，易被氧化，距离太近，容易发生触碰，污染钨极尖端，影响焊接的视线，本实施例TIG焊装置通过送丝装置将焊丝1自动送丝到空心坞管3内，可以精确的控制焊枪和焊丝的距离，避免钨极尖端污染，钨极寿命长。采用本该同轴多钨极共熔池TIG焊装置进行焊接，形成正面焊缝余高，减缓了焊散热快，使得电弧热量更为集中，焊缝成形美观，提高焊接性能。

实施例3

本实施例的提供了一种同轴多钨极共熔池TIG焊装置的焊接方法，采用实施例2的同轴多钨极共熔池TIG焊装置对铜合金或铝合金进行焊接，具体操作步骤如下：

①焊前准备

对待焊工件打坡口，并清理坡口两侧20～30mm范围内的油污、氧化膜及水分；

②引弧

接通焊接电源，同时供气装置通过进气管2向空心钨管3中通入保护气，驱除空心钨管3、喷嘴9内空气及焊接区空气，形成保护气氛，通气1.5～4s后，焊枪引弧；

③送丝焊接

将焊枪移至焊接起始点，同时送丝装置通过空心钨管3不断输送焊丝1，移动焊枪进行焊接；此步骤中，通过冷却装置向焊枪内通水冷却，采用临时垫板，垫板材料为石墨或不锈钢，垫板厚度为2～5mm，宽度为20～50mm。在焊接过程中，空心钨管3中气体流量控制为4～15L/min，焊接速度为250～500mm/min。

④焊接完成

焊接结束时，依次熄弧、停止送丝、断气，使焊接电流缓降，最后关闭焊接电源，完成焊接操作。本步骤中，需要注意的是在电弧熄灭后继续通气5～10s，断气后再将焊枪从焊点移走。

焊后对焊缝进行检测，焊缝表面无气孔及夹渣，无焊滴附着，无裂纹及电弧擦伤，焊缝与母材圆滑过渡，接头匀直，无凹坑错边，无根部收缩，焊缝余高均匀，焊缝质量高。