本发明涉及窄坡口焊接技术领域，具体涉及一种用于窄坡口tig自动焊的钟摆式焊接方法及装置。
背景技术
近年来中厚板的窄坡口焊接以及管道全位置（5g）窄坡口tig自动焊接设备因其出色的焊接质量和焊接效率，以及对焊接材料的节省，在焊接工程项目中得到了大量的应用，但是，窄坡口焊接容易出现侧壁未熔的焊接缺陷，窄坡口焊接的侧壁未熔问题，就像癌症一样困扰着业界，一直没有能找到有效地焊接工艺方法解决这个问题；虽然可以通过调整焊接参数，来降低这种缺陷的发生概率，但是并未在根本上有效解决。
氩弧自动焊的窄坡口焊接，其中窄坡口的定义：焊缝坡口开口宽度w,坡口深度h，当坡口深宽比h/w大于1.5，且开口宽度w小于等于20mm时，一般称作窄坡口焊；当坡口深宽比h/w大于2.5，且开口宽度小于等于20mm时，被称作窄间隙焊。窄坡口焊接工艺由于焊材填充量少、节省焊接材料、焊接缺陷几率小、施工效率高等优点，越来越成为未来的发展趋势，因此，研发一种能有效解决窄坡口侧壁未熔焊接缺陷的tig自动焊接方法及装置具有重大的意义。
目前，窄坡口焊接的tig自动焊接设备的焊枪摆动方式主要有两种，第一种为横摆式，第二种为钟摆式。
横摆式，是指钨极焊枪的钨极，在坡口中左右往复平移、横摆的摆动方式。横摆式焊接方法进入市场较早，应用也较为广泛，但是，在窄坡口焊接时，容易发生侧壁未熔焊接缺陷，尤其是在提高焊接速度时会大幅度增加侧壁未熔的缺陷，一直没有有效方法解决。
钟摆式，是指钨极焊枪的钨极，像挂钟的重力锤那样围绕摆动中心点摆动，即钨极是围绕一个摆动中心点，以设定的摆动半径来在坡口中左右往复摆动的方式。
现在，国内外的所有钟摆式焊接均是采用钨极焊枪直接加持在摆动组件的摆动轴上，即钨极焊枪与摆动轴的连接加持点，位于摆动轴的中心轴线上（以下称为“常规钟摆焊接方式”）。
在窄坡口tig焊接工况下的钟摆焊接方式，其目的就是要解决侧壁未熔问题，即在钨极左右钟摆的过程中，当钨极摆动到坡口侧壁极限位置时，钨极的尖端能对准侧壁，也就是使弧的能量密度最大的中心区能对准侧壁，使侧壁能充分熔合。但是，常规钟摆焊接方式并没有在窄坡口焊接中被广泛应用，原因如下：由于在tig氩弧焊枪基本功能构造，以及窄坡口的坡口宽度的约束，常规钟摆焊接方式的钟摆半径不能自由的缩短到理想的钟摆半径，无法实现钨极在相同摆动幅度情况下，使钨极中心轴线与坡口侧壁斜面的夹角最大化，并且最大限度提高钨极尖端在坡口中心位置点与钨极摆动到坡口两侧壁极限位置点的高度差。因此，常规钟摆焊接方式无法实现更小的、理想的摆动半径，一般情况下，常规钟摆方式，其钨极钟摆半径最小只能达到60mm以上，在窄坡口焊接工况条件下，钨极尖端在坡口中心点与其摆动到侧壁极限位置钨针尖端的高度差很难突破0.5mm。也就是说，常规钟摆焊接方式，在钨极左右钟摆的过程中，当钨极摆动到坡口侧壁极限位置时，钨极的尖端难于真正实现对准坡口的侧壁，也就是难于使弧的能量密度最大的中心区能对准侧壁，难以使侧壁能充分熔合，故，其与横摆方式没有本质的效能区别。在tig焊接研发试验实践中证明，这一点是tig焊接解决窄坡口侧壁未熔的关键所在。
因此，常规钟摆焊接方式的焊接效果与横摆方式几乎一样，也不能有效解决窄坡口侧壁未熔问题，故在窄坡口tig自动焊领域，这种常规钟摆式焊接很少被采用，其多应用于mig（熔化极惰性气体保护焊）等其他焊接行业。
经过焊接试验验证，此种常规钟摆式焊接效果和横摆模式几乎没有差别，侧壁未熔缺陷仍有较高的发生率。在此种结构下，要想实现较好的钟摆式焊接效果，只能增加坡口宽度，坡口宽度增大可以实现增加钨极摆幅进而增大钨极和坡口侧壁斜面的夹角和钨极尖在坡口中心位置与两侧极限位置的高度差的目的，而这样的解决方案显然与窄间隙坡口焊接的发展趋势相违背，且坡口宽度增大会带来焊丝填充量加大、施工效率降低、施工成本上升的负面效果。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种用于窄坡口tig自动焊的钟摆式焊接方法及装置，以克服现有技术存在的问题。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种用于窄坡口tig自动焊的钟摆式焊接方法，其特征在于：缩短钨极的钟摆半径，在钨极钟摆与坡口侧壁不发生干涉的情况下，使其摆幅最大化，进而使钨极在相同摆动幅度情况下，增加钨极中心轴线和坡口侧壁斜面的夹角，并且最大限度提高钨极尖在坡口中心位置点与其摆动到坡口两侧壁极限位置点的高度差。
摆动轴中心轴线的延长线与钨极焊枪所夹持钨极的中心轴线垂直相交，相交点为钨极钟摆的几何虚拟摆动中心点，此摆动中心点处于钨极尖端至钨极中心轴线向上60mm位置范围之内；
焊接时，钨极焊枪的钨极伸至坡口内，钨极保持1-3mm的弧高时，此摆动中心点处位于坡口内和焊接母材表面+20mm范围内。
所述摆动组件的摆动轴和钨极焊枪之间设置有连接构件，连接构件的夹持连接头a与钨极焊枪1的夹持连接点位于摆动轴轴心的虚拟延长线以外。
所述连接构件两端分别设置夹持连接头a和夹持连接头b，其中夹持连接头a与钨极焊枪连接，夹持连接头b与摆动轴连接。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1）本发明以巧妙、简单的方法，实现理想的钨极摆动半径，使钨极焊枪的钨极钟摆半径在0-60mm范围内可自由设定，并通过缩短钨极钟摆半径，在钨极钟摆时与坡口侧壁不发生干涉的情况下，使其摆幅最大化，进而使钨极在相同摆动幅度情况下，增加钨极中心轴线和坡口侧壁斜面的夹角，并且最大限度提高钨极尖在坡口中心位置点与其摆动到坡口两侧壁极限位置点的高度差。
2）在避免摆动轴与钨极焊枪连接不干涉钨极焊枪的基本功能结构的情况下，实现了钨极焊枪的钨极钟摆半径在0—60mm范围内可自由设定。在窄坡口焊接工况下，使钨极钟摆幅度最大化；使钨极摆动到坡口侧壁极限位置时，能保证钨极尖端能更好的对准侧壁，从而使电弧能量密度最大的中心区作用于坡口侧壁，实现坡口侧壁在焊接中能充分融合。
3）经过大量的焊接试验验证，本发明用于窄坡口tig自动焊的钟摆式焊接方法，彻底解决了窄坡口氩弧焊侧壁未熔缺陷的顽疾。在2g(横焊)、3g(立焊)、5g（全位置）焊接，壁厚在6-45mm的高强钢、不锈钢、钛合金、9ni钢、复合管等材料，焊接100多道焊口，无一例出现侧壁未熔缺陷，而且，每一道的填充厚度由横摆焊接方式的1.5mm-2mm，提高到2.5-4.5mm；大幅度提高了焊接效率和焊接质量。
附图说明
图1为常规钟摆焊接方式示意图；
图2为本发明方法方式示意图；
图3为常规钟摆式焊接设备示意图；
图4为本发明装置示意图。
标号说明：1—钨极焊枪，2—钨极，3—连接夹持头a，4—连接构件，5—连接夹持头b，6—摆动轴，7—摆动组件，8—坡口，9—管道。
具体实施方式
参见图3，为市面上常规钟摆焊接设备的结构示意图，摆动组件7的摆动轴6直接夹持钨极焊枪1后在管道9外壁进行摆动式焊接，受限于摆动组件7、摆动轴6等外部机构与管道9外壁的物理干涉问题，即使外部机构降到管道9外壁的极限位置，钨极焊枪中1的钨极2的摆动半径r1仍然较大，而钨极焊枪1和摆动轴6由于结构尺寸限制进入很窄的坡口也不现实。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明方法的方案是在坡口8开口宽度不变的情况下，通过缩短钨极焊枪1中钨极2的摆动半径，即降低钨极2摆动中心点距离坡口8的高度的方法达到增加钨极2摆幅进而增大钨极2和坡口8侧壁斜面的夹角a1及钨极2尖端在坡口8中心位置与两侧极限位置的高度差b1的目的。对比图1和图2中的几何尺寸关系，在钨极2摆动半径r2明显小于r1时，钨极2与坡口8侧壁斜面的夹角a2明显大于a1，钨极2尖端在坡口8中心位置与两侧极限位置的高度差b2明显大于b1。r2的最小化可以使a2和b2的数值达到最大化，从而保证了钨极2在限定的坡口8中实现最佳钟摆效果的可行性。
参见图4，以管道窄坡口tig全位置自动焊的应用实施举例，本发明装置的说明如下：在摆动组件7的摆动轴6和钨极焊枪1之间设置有连接构件4，连接构件4一端通过连接夹持头b5与摆动轴6连接，另一端通过连接夹持头a3与钨极焊枪连接，所述钨极焊枪1上的夹持点位于摆动轴6轴心的虚拟延长线以外。连接构件4的设计形状为图示的“l”形，该形状并不限于图中所示方案，只要能使钨极焊枪1的钨极2的摆动半径尺寸r2足够小，同时满足摆动组件7、摆动轴6等外部机构和管道9外壁之间不发生碰撞干涉的结构均可采用。
连接结构件4的作用是在空间上解决摆动组件7、摆动轴6等外部机构与管壁9外壁之间物理干涉问题的同时实现钨极2最佳的小摆动半径r2。此种情况下，钨极焊枪1、摆动组件7及摆动轴6均无需进入坡口，而钨极焊枪1中的钨极2（相比坡口宽度很细）是可以进入坡口的。钨极2的实际摆动中心为摆动轴6轴心的虚拟延长线与钨极2的交点，因此通过连接构件4的尺寸设计，可以自由缩小钨极2的摆动半径r2，实现最佳的钟摆效果。
本钟摆方式焊接相对于横摆方式焊接，焊接效率提升显著。以焊接8英寸16mm壁厚复合管为例，横摆方式下需要13道才能完成焊接，而在钟摆方式下仅需5道便可完成焊接。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。