一种内嵌式双电源及双钨极焊接装置及焊接方法与流程

本发明属于焊接设备技术领域，尤其涉及一种内嵌式双电源及双钨极焊接装置及焊接方法。

背景技术：

keyholetig（k-tig）技术是澳大利亚csiro研究机构在1997年提出的一种高效焊接方法，利用大电流状态下电弧压力显著增加的特性，可以实现3-12mm的大厚板的熔透性焊接，达到单面焊接双面成型的效果，焊接过程稳定、无飞溅，焊缝纹理细腻，成型均一美观，焊缝质量较高。由于电弧仍处于非约束状态，导致该方法对于工件的装配精度要求和焊接参数区间较为苛刻，通常对于熔池状态液态表面张力较大的钛合金等材料具有较好的焊接效果，而对于金属其他材料的焊接效果并不理想。

目前，国内专利（公告号为cn104708179）公布了一种双tig并列式焊接方法，第一个tig焊枪目的对工件预热，形成初步熔池，通过垂直伸缩装置调整第二个tig焊枪上下位置，令钨极插入熔池，增加焊接熔深。但该方法对两把焊枪姿态较为严格，枪体可达性较差，焊接效率降低，同时，大电流下钨极会烧损，因此，当钨极插入熔池中会在焊缝中形成夹渣，焊后质量较差；国内专利（公告号为cn101817112a）公布一种单电源单面串联双tig电弧焊接方法，该方法解决了两个tig焊枪同时起弧的问题。但电源采用直流反接，钨极作为正极，钨极烧损严重，会在焊缝中形成夹渣。同时，单电源控制两把tig焊枪，引弧过程较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种内嵌式双电源及双钨极焊接装置及焊接方法，该装置可以通过针对性的焊炬设计实现优化的电弧状态，通过外部电弧营造的负压环境对中心电弧进行压缩，实现更为高效的穿孔焊接。同时，双电弧独立电源的设计，可实现复合电弧的多元化调节，以应对不同焊接材料和焊接条件，进一步提升焊接效率和能源转化率，降低焊接成本，改善焊接质量。

一种内嵌式双电源及双钨极焊接装置，包括上枪体、与上枪体连接的联接体、与联接体连接的下枪体、穿过上枪体联接体下枪体的中心钨极、穿过上枪体夹持中心钨极的中心电极夹、设置在下枪体内下部的中心钨极之外的外部环形钨极、设置在外部环形钨极外的外部电极导电体、设置在外部导电体上的导电螺栓、设置在外部电极导电体和下枪体之间的绝缘套筒，中心钨极上与外部环形钨极接触的部分设有耐高温绝缘材料，上枪体、联接体、下枪体、中心钨极与外部环形钨极同轴连接，联接体设有进水口和出水口，使上枪体和联接体形成冷却水循环系统，下枪体设有进水口和出水口，使下枪体、绝缘套筒和外部电极导电体形成冷却水循环系统。

下枪体设有进气口，可使保护气通过中心钨极与外部环形钨极的间隙。

导电螺栓中空，可以使保护气通过外部环形钨极与外部电极导电体之间的间隙。

还包括中心夹持体、外部电极夹、紧固套、气罩、导向管和锁紧螺母，中心夹持体连接中心电极夹和外部电极导电体，且夹持中心电极夹，导电螺栓通过紧固套固定在下枪体上并与外部电极和中心夹持体相连，外部电极夹和外部电极导电体共同对环形钨极机械夹持，紧固套与下枪体螺纹配合确保导电螺栓稳固连接，下枪体与气罩通过紧缩螺母连接，气罩内壁连接导向管。

上枪体与联接体之间、外部电极导电体与绝缘套筒之间、绝缘套筒与下枪体之间均设有o型密封圈。

外部环形钨极直径范围为5-12mm,顶部锥角范围为30-60º，凸台直径范围为3-8mm,中心钨极直径范围为1-6mm,锥角范围为30-60º。

上枪体2和联接体3之间形成环形间隙，冷却水从联接体3进水口进入，联接体3的出水口流出，达到冷却效果；下枪体4和绝缘套筒5间形成环形间隙，下枪体4外侧连接转接头13，冷却水从下枪体4进入，经过环形间隙，进入外部电极导电体12与绝缘套筒5之间的间隙，最后通过转接头13排出下枪体，保证枪体之间有效冷却。

中心钨极11和外部环形钨极9分别通过中心电极夹1、导电螺栓14连接两台独立焊接电源，外部环形钨极9电弧营造的负压环境可对中心钨极11电弧进行压缩，实现更为高效的穿孔焊接。

一种内嵌式双电源及双钨极焊接方法，包括如下步骤：

（1）开启多个冷却水循环系统、多个保护气气瓶、多个焊接电源；

（2）调整焊接参数，进行焊接；

（3）焊接完成后，依次关闭多个焊接电源、多个保护气气瓶、多个冷却水循环系统。

本技术方案的中心钨极和外部环形钨极分别使用两台独立焊接电源，实现复合电弧的多元化调节，通过外部环形钨极电弧营造的负压环境可对中心钨极电弧进行压缩，高效穿孔焊接，增加焊接熔深，减少气孔生成，提高焊接接头质量，实现厚板工件一次性焊透。

附图说明

图1：本发明的一种内嵌式双电源及双钨极焊接装置的中心轴向剖面图；

图2：本发明的一种内嵌式双电源及双钨极焊接装置焊接过程示意图。

其中：1.中心电机夹；2.上枪体；3.联接体；4.下枪体；5.绝缘套筒；6.导向管；7.锁紧螺母；8.外部电极；9.外部环形钨极；10.气罩；11.中心钨极；12.外部电极导电体；13.转向头；14.导电螺栓；15.紧固套；16.中心夹持体。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明做出进一步说明。

本实施例焊接电源采用奥太wsme-630型焊机，占空比、脉冲比、频率可调。冷却水设备选用cw-5300型冷水机，冷却水最低温度可达1.5℃。

如图1所示，一种内嵌式双电源及双钨极焊接方法及装置包括上枪体2和下枪体4，上枪体2和下枪体4之间通过联接体3形成机械连接；中心电极夹1和中心夹持体16共同作用夹持中心钨极11；中心夹持体16下部连接外部电极导电体12，外部电极夹8和外部电极导电体12共同对外部环形钨极9形成机械夹持，导电螺栓14安装在外部电极导电体12上，形成电气连接，并通过紧固套15和下枪体4螺纹配合保证导电螺栓14稳固连接；中心钨极11安装在外部环形钨极9中央，并保证同轴。导电螺栓14通过紧固套15固定在下枪体4上，并与外部电极导电体12与中心夹持体16相连；下枪体4与气罩10通过锁紧螺母7连接在一起气罩10内壁连接导向管6。

上枪体2、下枪体4、联接体3三者同轴连接，上枪体2和联接体3之间设有o型密封圈，联接体3和上枪体2以及下枪体4与绝缘套筒6、外部电极导电体12之间形成两套独立冷却水循环系统，保证枪体有效冷却。下枪体4和绝缘套筒5间形成环形水槽，下枪体4体外侧连接转接头，冷却水从下枪体4进入，经过环形水槽，进入外部电极导电体12与绝缘套筒5之间水道，最后通过转接头13排出下枪体，保证枪体之间有效冷却。为保证密封性，外部电极导电体12与绝缘套筒5以及绝缘套筒5与下枪体4之间均设有o型密封圈。

外部环形钨极9直径范围为5-12mm,顶部锥角范围为30-60º，凸台直径范围为3-8mm,中心钨极11直径范围为1-6mm,锥角范围为30-60º，中心钨极11与外部环形钨极9接触部分会在中心钨极11表面涂有耐高温的绝缘材料，保证二者之间绝缘。

中心钨极11和外部环形钨极9分别通过中心电极夹1、导电螺栓14连接两台独立焊接电源，外部环形钨极9电弧营造的负压环境可对中心钨极11电弧进行压缩，实现更为高效的穿孔焊接。

一种内嵌式双电源及双钨极焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）开启多个冷却水循环系统、多个保护气气瓶、多个焊接电源；

（2）调整焊接参数，进行焊接；

（3）焊接完成后，依次关闭多个焊接电源、多个保护气气瓶、多个冷却水循环系统。

如图2所示，焊接过程中外部环形电弧营造的负压环境对电弧进行压缩，能量密度进一步提高，增加焊接熔深、效率，得到优质焊缝，并节约焊接成本。

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。