用于石油方钻杆窄间隙自动焊的焊枪装置的制作方法

本发明涉及一种焊枪，特别是涉及一种用于石油方钻杆窄间隙自动焊的焊枪装置。

背景技术：

石油方钻杆是油气钻探的重要钻具，用量大造价贵，又属于易损钻具，若对易损的钻具进行焊接修复再利用，将具有明显的经济效益。针对石油方钻杆长度12—16米之间，断面形状方形或六方形的情况，文献1“授权公告号是cn101323041b的中国发明专利”公开了一种石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气体保护自动焊方法，该方法提出对方钻杆窄间隙坡口两边的棱角位置设置辅助块的方法，使窄间隙坡口由不规则的方形转变成规则的环形窄间隙坡口，然后对其进行焊接修复，但没有涉及窄间隙焊枪。

文献2“授权公告号是cn201645011u的中国实用新型专利”公开了一种窄间隙气体保护焊用焊枪，该焊枪由气体保护焊机的焊枪接头、绝缘板、气管、导电嘴延长杆、导电嘴组成，通过侧吹方式送保护气，送气管分布在电弧的前方和后方，前后两边成夹角送入高温区的气流，因相交效应易于形成涡流，涡流易于卷入空气进入焊接高温区，使气体保护效果不可靠；这种方式送出的保护气流不是沿电弧轴向，层流效果不好，另送气管置于电弧前方，遮挡电弧不利于观察电弧和熔池。

文献3“授权公告号是cn104096956的中国发明专利”公开了一种窄间隙/超窄间隙焊枪气体分流装置，它包括本体、防漏组件、导电嘴以及本体外部表面上的绝缘层。采用该气体分流装置的焊枪，喷嘴为扁平罩式直喷气保护，深入到窄间隙坡口中，能近距离喷气保护焊接高温区，耗气量小，经济实用，适合于焊接窄间隙坡口很规则的厚板或超厚板材质，但体积偏大，为了适合焊枪的操作，坡口必须开大些，相应会带来焊接工作量的加大，不利于省工省料和生产率的提高。若用于厚壁小直径管窄间隙坡口，因底部为园弧面接口，保护气会沿园弧面流失，也难于有良好的气体保护效果。

技术实现要素：

为了克服现有焊枪装置气体保护效果差、开坡口偏大的不足，本发明提供一种用于石油方钻杆窄间隙自动焊的焊枪装置。该焊枪装置包括一路进气管、二路进气管、分流板、气筛、气保护内罩、气保护外罩、导流片、水冷块和加长导电嘴。保护气体同时送入一路进气管和二路进气管，经两侧分流板分散，在气保护内罩和气筛之间的均压均流腔内混合，再经过气筛上密集平行的小孔流出，这时，保护气体以束流状态从气保护内罩喷出，而气保护内罩下端设置的二个导流片，已深入到石油方钻杆窄间隙坡口中，拘束前后的保护气体散失，使气保护内罩喷出的束流保护气，有效的包围在电弧的周向，气体保护效果好。另外，采用特制的加长导电嘴体积小，能够深入到石油方钻杆窄小的坡口里进行焊接，省工、省料，提高了生产效率。由于加长导电嘴直接安装在水冷块上，故水冷却效果好，焊枪温升低，有利于保证和提高焊接质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于石油方钻杆窄间隙自动焊的焊枪装置，其特点是包括导丝管1、导丝管座2、一路进水管3、一路出水管4、一路进气管5、二路进气管6、导电铜板7、绝缘板8、分流板9、上定位圈10、气筛11、下定位圈12、水冷块13、气保护内罩14、气保护外罩15、加长导电嘴16、导流片17、左滚轮22、右滚轮23、二路进水管24和二路出水管25。

所述导电铜板7和绝缘板8均是长方形，对称线中心沿长边方向各开有扁长孔，所述绝缘板8的短边与导电铜板7的短边等长，绝缘板8的长边比导电铜板7的长边短一个导电孔30的长度，绝缘板8的四个角方向分别开有四个安装孔，四个安装孔与导电铜板7的四个安装孔相对应，螺杆20分别穿过四个安装孔配合螺帽21将导电铜板7与绝缘板8固连。所述导丝管座2、一路进水管3、一路出水管4、一路进气管5和二路进气管6是内外径相同、长短不一的铜管，导丝管座2的左侧排布有一路出水管4和二路进气管6，导丝管座2的右侧排布有一路进水管3和一路进气管5，五根管子呈一字型固连后，穿入导电铜板7和绝缘板8的扁长孔，与导电铜板7固连，一路进水管3、一路出水管4、一路进气管5和二路进气管6的上端与导丝管座2的上端平齐，一路进水管3、一路出水管4、一路进气管5和二路进气管6的上端相对于导丝管座2向外弯曲。一路进气管5和二路进气管6的下端露出绝缘板8，其下端口分别设置一分流板9，分流板9分别固定在一路进水管3和一路出水管4的管壁的侧边，一路进气管5和二路进气管6的下端口与分流板9之间留有间隙。所述气筛11的外形是椭圆，其大小能嵌入在气保护内罩14的内腔中，气筛11上分布有若干个互相平行的密集小孔，气筛11中心是扁长孔，供导丝管座2、一路进水管3和一路出水管4通过，气筛11穿在导丝管座2、一路进水管3和一路出水管4的管体上，由下定位圈12和上定位圈10定位，使气筛11保持在固定位置，下定位圈12和上定位圈10分别与一路进水管3和一路出水管4固连。气保护内罩14、绝缘板8与气筛11之间形成均压均流腔18。所述水冷块13是扁圆形状，水冷块13上半部分为储水空腔，下半部分从储水空腔的底面居中向下是一螺纹孔，螺纹孔的上端口扩孔，导丝管座2的端头嵌入扩孔中与水冷块13固连，螺纹孔用于连接加长导电嘴16。一路进水管3和一路出水管4下端与水冷块13储水空腔的上表面平齐，一路进水管3、导丝管座2和一路出水管4与水冷块13上表面固连密封，一路进水管3和一路出水管4与水冷块13的储水空腔形成回路，对导丝管座2和加长导电嘴16进行冷却。所述气保护内罩14和气保护外罩15均为椭圆筒，气保护内罩14椭圆筒的上端口固连有长方形铜板底座，将气保护内罩14椭圆筒的长轴顺长方形铜板底座的长边放置，铜板底座中心有与椭圆筒内孔大小相同的孔口，椭圆筒口垂直对准铜板底座上的椭圆孔后固连，底座四角各有安装孔，通过螺钉19与绝缘板8固连，气保护内罩14底座的安装孔与导电铜板7四个角安装孔的位置错开，将焊丝导电与气保护内罩14隔离。气保护内罩14下端口的长轴两侧边各固连导流片17，导流片17采用半铜管，凹弧面向里，长度不超过深入到窄间隙坡口深度的二分之一，两导流片17的下端均向椭圆筒中心内偏。所述气保护外罩15包括内、外两个椭圆筒，内、外椭圆筒构成冷却空腔，气保护外罩15外椭圆筒的短轴两侧分别与二路进水管24和二路出水管25连接，二路进水管24和二路出水管25与气保护外罩15内、外椭圆筒构成的冷却空腔形成回路，对气保护内罩14和气保护外罩15进行冷却。气保护外罩15的内椭圆筒空腔小于外椭圆筒空腔，内、外两个椭圆筒上端口平齐后固连密封，内椭圆筒比外椭圆筒长出四分之一，气保护外罩15内椭圆筒预留出的四分之一部位，依着内椭圆筒短轴的左右两侧分别固连两个滚轮轴，用于安装左滚轮22和右滚轮23。气保护外罩15属独立的部件，在焊接使用时，需将气保护外罩15套在气保护内罩14上，由左滚轮22和右滚轮23支撑在焊口表面并随焊件滚动，且利用间隙配合，能够沿气保护内罩14上下滑动。所述导丝管1插入导丝管座2的底部，与带有锥口的加长导电嘴16配合供焊丝通过。

所述气筛11的材料是绝缘胶木板。

所述气筛11上小孔的孔径优选1.2mm。

所述导丝管1是独立可更换部件。

本发明的有益效果是：该焊枪装置包括一路进气管、二路进气管、分流板、气筛、气保护内罩、气保护外罩、导流片、水冷块和加长导电嘴。保护气体同时送入一路进气管和二路进气管，经两侧分流板分散，在气保护内罩和气筛之上的均压均流腔内混合，再经气筛上密集平行的小孔流出，这时，保护气体以束流状态从气保护内罩喷出，而气保护内罩下端设置的二个导流片，已深入到石油方钻杆窄间隙坡口中，拘束前后的保护气体散失，使气保护内罩喷出的束流保护气，有效的包围在电弧的周向，气体保护效果好。另外，采用特制的加长导电嘴体积小，能够深入到石油方钻杆窄小的坡口里进行焊接，省工、省料，提高了生产效率。由于加长导电嘴和气保护外罩采取直接水冷措施，故水冷却效果好，使焊枪在长时间工作时，其导丝、导电和气体保护性能稳定，有利于保证和提高焊接质量。随着焊接层数的增加，气保护内罩和加长导电嘴在每焊完一层时，均提升一定高度，而气保护外罩则沿气保护内罩滑动，并不跟随其提升，始终沿焊件表面滚动，有效的保护上层及表面焊道电弧稳定的燃烧，而气保护外罩由于左、右滚轮支撑，简化了焊枪自动提升机构，经济实用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明用于石油方钻杆窄间隙自动焊的焊枪装置的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1中水冷块的结构示意图。

图4是图1中加长导电嘴的结构示意图。

图5是图1中气筛的结构示意图。

图6是本发明用于石油方钻杆窄间隙焊接焊枪位置示意图。

图7是图6的a-a剖视图。

图中，1-导丝管；2-导丝管座；3-一路进水管；4-一路出水管；5-一路进气管；6-二路进气管；7-导电铜板；8-绝缘板；9-分流板；10-上定位圈；11-气筛；12-下定位圈；13-水冷块；14-气保护内罩；15-气保护外罩；16-加长导电嘴；17-导流片；18-均压均流腔；19-螺钉；20-螺杆；21-螺帽；22-左滚轮；23-右滚轮；24-二路进水管；25-二路出水管；26-左辅助块；27-右辅助块；28-石油方钻杆；29-耐火衬垫；30-导电孔。

具体实施方式

以下实施例参照图1～7。

本发明用于石油方钻杆窄间隙自动焊的焊枪装置，其组成包括以下三部分：导丝导电组件包括导丝管1、导丝管座2、导电铜板7、绝缘板8、加长导电嘴16。气保护组件包括一路进气管5和二路进气管6、分流板9、气筛11、气保护内罩14和气保护外罩15、导流片17。水冷组件包括水冷块13，一路进水管3和一路出水管4，主要用于冷却导丝导电通路；二路进水管24和二路出水管25，主要用于冷却气保护内罩和气保护外罩。

所述水冷组件中的水冷块13，选用纯铜材质，形状为扁圆，水冷块上半部分加工为储水空腔，下半部分从储水空腔的底面居中向下打一通孔，通孔的上端口扩孔，以便于导丝管座2的端头嵌入其中，其余孔道加工成内螺纹，用于安装加长导电嘴16。

所述导丝导电组件中的加长导电嘴16，选用铜棒特制，长度根据方钻杆的规格确定并可适当调整，铜棒中心加工出的长孔要保证的焊丝顺畅的通过，焊丝入口处加工倒角并在外端面加工定长的外螺纹。

所述气保护组件中的气筛11，材质选用绝缘胶木板，外形状是椭圆，其大小能嵌入在气保护内罩14的内腔中，绝缘胶木板上加工多个密集的平行小孔，孔径1.2mm，中心加工有扁长孔，用于穿过三根并排的铜管。

所述气保护组件中的气保护内罩14和气保护外罩15，均选用薄铜板材质，形状为椭圆。气保护内罩14是将单层铜板首先加工成形为椭圆形，其对接缝通过焊接后成为椭圆筒，其次在椭圆筒一端口的长轴两侧边各焊接上导流片17，导流片17用料是将铜管分割开来，长度不超过窄间隙坡口深度的二分之一，两导流片的下端均向椭圆中心内偏，凹弧面向里，使用时导流片17要能流畅的深入到坡口中，使保护气借组于两导流片的凹弧面，拘束导引保护气流指向电弧，有效的阻挡坡口中的气体流失。而另一端口安装底座，底座选用一块长方形铜板，先在铜板的中心部位加工出一个与椭圆筒内孔大小相同的孔口，再将椭圆筒垂直对准铜板上的椭圆孔，通过焊接将椭圆筒焊接在铜板上。要求椭圆筒的长轴要顺铜板的长边放置，铜板四角加工有安装孔。

气保护外罩15有通水冷却措施，且套在气保护内罩上要能够顺畅的滑动，故气保护外罩15包括内壁和外壁两个椭圆筒，内壁椭圆筒空腔小于外壁椭圆筒空腔，因通水冷却采用局部冷却，制作时将内壁和外壁两个椭圆筒上端口平齐，则内壁椭圆筒比外壁椭圆筒要长出四分之一，在密封焊接时，将内、外壁椭圆筒上端口对齐，并在上面添加椭圆铜环，然后通过焊接封口，下端口同样添加椭圆铜环将外壁椭圆筒的下端与内壁椭圆筒壁焊接密封，此时，气保护外罩15四分之三的可通水空腔就完成了，在椭圆筒短轴两侧位置各打一孔，分别焊接安装上二路进水管24和二路出水管25。另在内壁椭圆筒预留长出的四分之一部位，依着内壁椭圆筒的左右两侧还分别焊装了两个滚轮轴，在轴上安装上左滚轮22和右滚轮23，其作用是在焊接中焊件转动时，左滚轮22和右滚轮23既滚动又支撑气保护外罩15始终保持在焊接位置。

综上所述，本发明焊枪的组装依从下至上和从内向外次序进行，安装步骤如下：

首先取一定长度的铜管用作导丝管座2，将导丝管座2一端垂直插入水冷块13储水空腔底面的扩孔中，通过高频钎焊密封固定，水冷块13的下端是螺纹孔，用于安装加长导电嘴16；

然后再取两根定长的铜管用作一路进水管3和一路出水管4，一路进水管3和一路出水管4上端与导丝管座2的上端平齐，分布在导丝管座的侧边成一字型，下端垂直至水冷块13储水空腔的上表面，那么三根铜管并排覆盖在水冷块13储水空腔的上表面内，铜管与储水空腔上表面周边的间隙要控制紧密，同样采用高频钎焊密封固定，此时可给一路进水管3通水检验，要求一路出水管4的出水流畅且水冷块13的密封性能好。

继之在三根并排的铜管上套装下定位圈12→气筛11→上定位圈10并定位，使气筛11保持在固定位置，下定位圈12和上定位圈10分别与一路进水管3和一路出水管4点固定位。

下一步再取定长铜管两根，用作一路进气管5和二路进气管6，一路进气管5和二路进气管6的上端与导丝管座2的上端平齐，均布在一路进水管3和一路出水管4的侧边，下端口各对应一分流板9，分流板9安装在一路进水管3和一路出水管4的管壁的侧边。这时五根铜管并排成一字型，将五根铜管穿过已加工的导电铜板7上的扁长孔，通过焊接把五根铜管焊接在导电铜板7上，该导电铜板7上已加工有四个安装孔和连接焊机电缆的导电孔30，为了保证焊枪的绝缘，导电铜板7下面安装有绝缘板8，绝缘板8上加工有扁长孔和与导电铜板7对应的四个安装孔，故采用螺杆20将两者联接即可。在此基础上，将气保护内罩14底座也安装在绝缘板8上，但要注意气保护内罩14底座的安装孔与导电铜板7的四个安装孔的位置错开，这样就把焊丝导电和气保护内罩14有效的隔离了，加之气筛11也是绝缘材质，故保证绝缘可靠。最后将气保护外罩15套在气保护内罩14上即可。

结合以上所述，本发明焊枪在使用时，将加长导电嘴16伸入到坡口中，伸出焊丝对准底层，椭圆状气保护外罩15套在气保护内罩14外面且长轴方向置于窄间隙坡口之上，气保护外罩15由其下端的左滚轮22和右滚轮23支撑，并受制于气保护内罩14的导引，焊接时实现导丝、导电、气体保护和水冷却的工作原理是：

1.首先将导丝管1插入到导丝管座2的底部，这里所用导丝管1为单根独立可更换的易损件，焊丝由送丝机驱动穿过导丝管1和带有锥口的加长导电嘴16，从加长导电嘴16出来并留出合适的伸出长度，指向窄间隙焊口底部。

2.将来自气瓶混比器的保护气体同时送入一路进气管5和二路进气管6，经分流板9分散，在气保护内罩14和气筛11之间的均压均流腔18中混合，再经气筛11上密集的小孔流出，这是保护气体以束流状态从气保护内罩14喷出，其中气保护内罩14下端设置的二个导流片17，能够深入到窄坡口中，拘束前后的气流散失，使气保护内罩14喷出的束流保护气，有效的包围在电弧的周向，而两个导流片17仅深入至窄坡口内二分之一深度，并不遮挡电弧，便于观察电弧和熔池。

3.焊枪的导电是将焊接电源的输出端分别与导电铜板7上的导电孔30和焊件相连接，导电绝缘通过绝缘板8将导丝支路和气保护内、外罩隔离开来；而嵌入在气保护内罩14中的气筛11选用的是绝缘板材质，也保证了导电的可靠绝缘。

4.焊枪冷却水经一路进水管3流入水冷块13的内空腔，对导丝管座2和加长导电嘴16水冷却，经一路出水管4流出，再流入气保护外罩的二路进水管口24，对气保护内、外罩水冷却，经二路出水管25流出，由于加长导电嘴16是直接螺口连接在水冷块13上，因而冷却水对加长导电嘴16有良好的水冷效果，当导电嘴长时间焊接时温升较低，保证了焊接过程中送丝稳定，焊接规范稳定和电弧燃烧的稳定。

焊前对石油方钻杆28窄间隙坡口两边的棱角位置设置左辅助块26和右辅助块27，使坡口由不规则的方形转变成规则的环形窄间隙坡口，并加装耐火衬垫29找正焊口，然后对其进行焊接修复，焊接时，调整焊枪机构，使加长导电嘴16和导流片17深入到坡口中，而导流片17仅深入至坡口深度的二分之一处，气保护外罩15下端的左滚轮22和右滚轮23，分别置于左辅助块26和右辅助块27之上，支撑气保护外罩15始终保持在焊接位置，在焊接时，焊枪的气体保护采用双气保护罩直喷气方式，其中气保护内罩14在长轴方向的两个气体导流片17，借助于圆弧面和弯向拘束导引窄间隙坡口前后方向的气体指向电弧，使从气保护内罩14喷出的束流气体有效的包围在电弧周向，保护底层电弧稳定的燃烧。随着焊接层数的增加，气保护内罩14及导流片17和加长导电嘴16每焊完一层均提升一定高度，而气保护外罩15则沿气保护内罩14滑动，并不跟随提升，始终沿焊件表面滚动，有效的保护上层及表面焊道电弧稳定的燃烧。该焊枪装置采用直接水冷措施，使焊枪在长时间工作时，其导丝、导电和气体保护性能稳定，能够保证和提高焊接质量。通过批量生产表明：本发明焊枪能够满足石油方钻杆厚壁小直径窄间隙坡口焊接的要求，所焊的焊缝质量达到使用要求，经济效益显著。