一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪的制作方法

本实用新型涉及焊接设备技术领域，更具体的说，尤其涉及一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪。

背景技术：

钨极惰性气体保护弧焊(简称TIG焊)是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，为获得较高质量的焊缝提供良好条件。由于钨电极是不熔化的，故TIG焊时不存在熔滴过渡现象，易于维持恒定的电弧长度，保持焊接电流不变，焊接过程中电弧燃烧相当稳定，焊接质量好。由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。TIG焊在不锈钢、铜、铝、钛及其合金等多种金属的高品质焊接中广泛应用，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。

但由于钨极氩弧焊的电弧为自由形态，自由电弧相对发散，能量密度低，导致的焊缝熔深浅、焊接效率低等问题目前尚未得到圆满解决，仅适用于较薄板的焊接。随着现代工业正朝着大型化方向发展，中厚板、超厚板焊接结构应用越加广泛，这种焊接方法的很难满足焊接需求。因此，在保留TIG焊原有优点的基础上，如何增加其电弧拘束程度，提高其电弧能量密度，进而增大熔深，提高焊接效率成为亟待解决的问题。

为了提高TIG焊的电弧能量密度，焊接工作者采取了许多有效的方法，如活性剂TIG焊、磁控TIG焊、空心钨极TIG焊等，都可以使电弧弧柱沿径向收缩，呈现拘束状，提高了电弧的挺直度和能量密度，使得焊缝熔深有较大幅度的增加。然而这些方法仍有其各自的局限性。如活性剂TIG焊的焊剂污染问题，磁控TIG焊、空心钨极TIG焊的设备昂贵，安装复杂，运行成本较高，对外部焊接环境要求严格等问题。

目前有方法提出采用小电机驱动钨极旋转的方式来使电弧发生旋转，从而在电弧中心处形成负压状态，电弧在径向上由外向电弧中心方向的压力梯度增大，在外大气压的作用下，使电弧收缩形成高能量密度电弧。然而，采用这种方式的焊枪内部结构较为复杂，小电机不能和钨电极一样接焊接电源，需另接低压直流电电源，焊接时处于高温的钨电极通过热传导持续加热小电机，容易使小电机过热烧坏，且不方便维修更换，因此这种焊枪可维护性差，制造和运行成本高，不适合大规模投入使用。

有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪，以解决上述背景技术中提出的目前有方法提出采用小电机驱动钨极旋转的方式来使电弧发生旋转，从而在电弧中心处形成负压状态，电弧在径向上由外向电弧中心方向的压力梯度增大，在外大气压的作用下，使电弧收缩形成高能量密度电弧。然而，采用这种方式的焊枪内部结构较为复杂，小电机不能和钨电极一样接焊接电源，需另接低压直流电电源，焊接时处于高温的钨电极通过热传导持续加热小电机，容易使小电机过热烧坏，且不方便维修更换，因此这种焊枪可维护性差，制造和运行成本高，不适合大规模投入使用的问题和不足。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪，由以下具体技术方案所达成：

一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪，包括：焊枪枪体、涡轮、固定支架、轴承、电刷、网孔隔片、喷嘴、钨电极、电刷引线盒、保护气气流、尖顶、叶片、轴肩、底孔；所述焊枪枪体的整体外观呈圆筒状，且固定支架设置在焊枪枪体的内壁上；所述涡轮通过轴承支撑安装在固定支架的内侧；所述涡轮包括尖顶、叶片、轴肩、底孔；所述尖顶位于涡轮的最顶端；所述叶片位于涡轮上部的外壁上；所述轴肩位于涡轮的下部；所述底孔开设在涡轮的底部：所述电刷在焊枪枪体的内壁上固定装配有三个，且电刷位于固定支架的下方，并呈间隔120度环形等距分布；所述钨电极的顶端被涡轮底部的底孔夹持，且钨电极与电刷保持相对滑动接触；所述电刷引线盒位于焊枪枪体上部的外壁上；所述喷嘴安装在焊枪枪体的底部，且喷嘴与焊枪枪体通过螺纹拧接相连接；所述网孔隔片嵌入安装在焊枪枪体的内部，且网孔隔片位于焊枪枪体与喷嘴之间；所述钨电极的底端由喷嘴的底部伸出；所述保护气气流经焊枪枪体的顶端进入，保护气气流经喷嘴的底部流出。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪所述轴承为深沟球轴承，且轴承由氧化锆陶瓷材料制成，摩擦系数小，精度高，保证了钨电极旋转的稳定性。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪所述电刷引线盒在焊枪枪体上部的外壁上呈环形阵列状分布设置有三处，均分分布设置的三个电刷可以避免因单个电刷与钨电极接触不良而造成的短路，保证了焊接过程的稳定性。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪所述电刷由石墨制成，且电刷通过导线与焊接电源连接，所述导线放置在电刷引线盒的内侧，石墨制成的电刷具有优良的导电性和耐高温性，同时石墨的摩擦系数小，因此电刷与钨电极滑动接触的阻力小，保证了钨电极旋转顺畅。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪所述涡轮的直径稍小于焊枪枪体的内径，且涡轮由氮化硼陶瓷材料制成，并且涡轮的叶片共设置有12处，氮化硼陶瓷硬度低，易于通过机械加工制成涡轮，且氮化硼制成的涡轮绝缘性好，可以有效防止钨电极漏电至焊枪枪体，提高了焊枪使用的安全性，并且氮化硼制成的涡轮耐高温、具有良好的导热性，使得从钨电极传导至涡轮的多余热量可以充分借由叶片散失到保护气气流中。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪所述网孔隔片由氮化硼陶瓷材料制成，网孔隔片的中间位置贯通设置有一处中心孔，且所述中心孔的直径略大于钨电极直径，并且所述中心孔的周围呈环形阵列状分布设置有N处通气孔，所述通气孔的直径小于中心孔的直径，由氮化硼陶瓷材料制成的网孔隔片耐高温，不易烧穿，保护气流进入喷嘴之前通过该网孔隔片，可以减少气流的紊乱程度，起到稳流作用，在喷嘴处形成稳定的多层柱形过筛层流。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪所述喷嘴的整体外观呈圆筒状，圆柱形气流通道的保护效果最好，可以有效防止外部空气被卷入焊接区，使焊缝区得到氩气的有效保护，不受空气氧化或氮化。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型钨电极的顶端被涡轮底部的底孔夹持，且钨电极与电刷保持相对滑动接触，同时保护气气流经焊枪枪体的顶端进入，保护气气流经喷嘴的底部流出的设置，保护气气流流动带动涡轮转动，实现了钨电极的转动，钨电极自转运动使电弧发生旋转，使得电弧中心形成一定的负压状态，利用大气压与电弧中心的负压区域产生的压力梯度对自由电弧强制压缩，收缩成高能量密度的拘束电弧，形成较大的焊缝熔深，可用于焊接较厚的材料，同时焊接热影响区窄，焊接变形小，并且电弧旋转对焊接熔池有搅拌的效果，周期性变化的电弧力使熔池产生周期性震荡，可以细化焊缝组织，并促进熔池中气体的析出，减少焊接气孔，有效提高焊接接头的力学性能。

2、本实用新型涡轮的直径稍小于焊枪枪体的内径，且涡轮由氮化硼陶瓷材料制成，并且涡轮的叶片共设置有12处的设置，涡轮叶片与气流的接触面积较大，当保护气流过涡轮时，钨电极多余的热量可以散失到保护气气流中，由保护气气流带至外部，对钨电极起到冷却作用，防止钨极过热烧损，延长了钨电极的使用寿命。

3、本实用新型保护气气流经焊枪枪体的顶端进入，保护气气流经喷嘴的底部流出的设置，采用保护气气流作为钨电极自转运动的动力源，不需要使用额外的小电机驱动钨电极旋转，因此无需额外添加单独的低压直流电源，也不需要额外的旋转控制装置，有效简化了焊枪结构，操作简易，生产成本低，更重要的是避免了使用电机驱动高温的钨电极旋转时出现的电机过热烧损的情况，大大提高了焊枪工作时的可靠性，可以适应多种焊接环境。

4、本实用新型保护气气流经焊枪枪体的顶端进入，保护气气流经喷嘴的底部流出的设置，钨电极的顶端被涡轮底部的底孔夹持，同时喷嘴安装在焊枪枪体的底部，且喷嘴与焊枪枪体通过螺纹拧接相连接的设置，可方便快捷地实现钨电极和喷嘴的拆卸和更换。

5、本实用新型通过对TIG焊枪的改进，采用保护气气流作为钨电极自转运动的动力源，通过钨电极自转带动电弧旋转来产生弧柱区的中心负压，从而将自由电弧压缩成高能量密度的拘束电弧，具有结构简单，操作简易，环境适应性强，可靠性好，生产成本低，焊缝熔深大，焊接变形小，焊接气孔少，焊缝成型良好，钨电极冷却效果好，使用寿命长的优点，从而有效的解决了现有装置中出现问题和不足。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的剖面结构示意图；

图2为本实用新型的横截面结构示意图；

图3为本实用新型的焊枪枪体内部结构示意图；

图4为本实用新型的钨电极安装结构示意图；

图5为本实用新型的涡轮结构示意图；

图6为本实用新型的涡轮横截面结构示意图；

图7为本实用新型的中心负压电弧收缩原理图。

图中：焊枪枪体1、涡轮2、固定支架3、轴承4、电刷5、网孔隔片6、喷嘴7、钨电极8、电刷引线盒9、保护气气流10、尖顶201、叶片202、轴肩203、底孔204。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

同时，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参见图1至图7，本实用新型提供一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪的具体技术实施方案：

一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪，包括：焊枪枪体1、涡轮2、固定支架3、轴承4、电刷5、网孔隔片6、喷嘴7、钨电极8、电刷引线盒9、保护气气流10、尖顶201、叶片202、轴肩203、底孔204；焊枪枪体1的整体外观呈圆筒状，且固定支架3设置在焊枪枪体1的内壁上；涡轮2通过轴承4支撑安装在固定支架3的内侧；涡轮2包括尖顶201、叶片202、轴肩203、底孔204；尖顶201位于涡轮2的最顶端；叶片202位于涡轮2上部的外壁上；轴肩203位于涡轮2的下部；底孔204开设在涡轮2的底部；所述电刷5在焊枪枪体1的内壁上固定装配有三个，且电刷5位于固定支架3的下方，并呈间隔120度环形等距分布；钨电极8的顶端被涡轮2底部的底孔204夹持，且钨电极8与电刷5保持相对滑动接触；电刷引线盒9位于焊枪枪体1上部的外壁上；喷嘴7安装在焊枪枪体1的底部，且喷嘴7与焊枪枪体1通过螺纹拧接相连接；网孔隔片6嵌入安装在焊枪枪体1的内部，且网孔隔片6位于焊枪枪体1与喷嘴7之间；钨电极8的底端由喷嘴7的底部伸出；保护气气流10经焊枪枪体1的顶端进入，保护气气流10经喷嘴7的底部流出。

具体的，轴承4为深沟球轴承，且轴承4由氧化锆陶瓷材料制成。

具体的，电刷引线盒9在焊枪枪体1上部的外壁上呈环形阵列状分布设置有三处。

具体的，电刷5由石墨制成，且电刷5通过导线与焊接电源连接，导线放置在电刷引线盒9的内侧。

具体的，涡轮2的直径稍小于焊枪枪体1的内径，且涡轮2由氮化硼陶瓷材料制成，并且涡轮2的叶片202共设置有12处。

具体的，网孔隔片6由氮化硼陶瓷材料制成，网孔隔片6的中间位置贯通设置有一处中心孔，且中心孔的直径略大于钨电极直径，并且中心孔的周围呈环形阵列状分布设置有N处通气孔，通气孔的直径小于中心孔的直径。

具体的，喷嘴7的整体外观呈圆筒状。

具体实施步骤：

焊接时，保护气气流10从上方沿着焊枪枪体1的轴向冲击涡轮2的叶片，驱动涡轮2旋转，进而让涡轮2夹持的钨电极8自转，从而使电弧发生旋转，让电弧的中心区域处于一定的负压状态，形成从电弧外部指向电弧内部的压力梯度，利用在电弧区域内几乎各向同性的大气压力对电弧进行压缩，使传统的自由电弧截面沿径向向内收缩，在电弧内外建立一个局部的压力平衡，形成拘束状的电弧，从而增大了电弧的能量密度，提高了电弧的挺直度，使得焊缝熔宽减小，熔深增加，可用于焊接较厚的材料。同时焊接热影响区窄，焊接变形小。

焊接时，高温的钨电极将多余的热量通过热传导的方式传递至涡轮2的叶片处，涡轮2的叶片与保护气气流的接触面积较大，当保护气流过涡轮2时，保护气气流可以将多余的热量带到外部，使钨电极8得到冷却，防止钨极过热烧损，延长了钨电极的使用寿命。

综上所述：该一种保护气气流驱动钨极旋转的气冷式TIG焊枪，通过钨电极的顶端被涡轮底部的底孔夹持，且钨电极与电刷保持相对滑动接触，同时保护气气流经焊枪枪体的顶端进入，保护气气流经喷嘴的底部流出的设置，保护气气流流动带动涡轮转动，实现了钨电极的转动，钨电极自转运动使电弧发生旋转，使得电弧中心形成一定的负压状态，利用大气压与电弧中心的负压区域产生的压力梯度对自由电弧强制压缩，收缩成高能量密度的拘束电弧，形成较大的焊缝熔深，可用于焊接较厚的材料，同时焊接热影响区窄，焊接变形小，并且电弧旋转对焊接熔池有搅拌的效果，周期性变化的电弧力使熔池产生周期性震荡，可以细化焊缝组织，并促进熔池中气体的析出，减少焊接气孔，有效提高焊接接头的力学性能；通过涡轮的直径稍小于焊枪枪体的内径，且涡轮由氮化硼陶瓷材料制成，并且涡轮的叶片共设置有12处的设置，涡轮叶片与气流的接触面积较大，当保护气流过涡轮时，钨电极多余的热量可以散失到保护气气流中，由保护气气流带至外部，对钨电极起到冷却作用，防止钨极过热烧损，延长了钨电极的使用寿命；通过保护气气流经焊枪枪体的顶端进入，保护气气流经喷嘴的底部流出的设置，采用保护气气流作为钨电极自转运动的动力源，不需要使用额外的小电机驱动钨电极旋转，因此无需额外添加单独的低压直流电源，也不需要额外的旋转控制装置，有效简化了焊枪结构，操作简易，生产成本低，更重要的是避免了使用电机驱动高温的钨电极旋转时出现的电机过热烧损的情况，大大提高了焊枪工作时的可靠性，可以适应多种焊接环境；通过保护气气流经焊枪枪体的顶端进入，保护气气流经喷嘴的底部流出的设置，钨电极的顶端被涡轮底部的底孔夹持，同时喷嘴安装在焊枪枪体的底部，且喷嘴与焊枪枪体通过螺纹拧接相连接的设置，可方便快捷地实现钨电极和喷嘴的拆卸和更换；本实用新型通过对TIG焊枪的改进，采用保护气气流作为钨电极自转运动的动力源，通过钨电极自转带动电弧旋转来产生弧柱区的中心负压，从而将自由电弧压缩成高能量密度的拘束电弧，具有结构简单，操作简易，环境适应性强，可靠性好，生产成本低，焊缝熔深大，焊接变形小，焊接气孔少，焊缝成型良好，钨电极冷却效果好，使用寿命长的优点，从而有效的解决了现有装置中出现问题和不足。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。