一种窄间隙钨极氩弧焊枪的制作方法

本发明涉及一种窄间隙钨极氩弧焊枪，属于窄间隙焊接设备
技术领域：
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背景技术：
：厚板工件焊接采用坡口焊。要采用多道、多层焊接才能使焊缝填满坡口。假如采用不开坡口的窄间隙焊，焊接工作量明显减少。焊枪是限制窄间隙焊发展的难题之一，现有的焊枪保护咀直径比窄间隙焊的坡口间的距离大的多，且工件厚度就是坡口深度，现有焊枪无法深入到很窄的缝隙中进行焊接。窄间隙焊接(narrowgapwelding，ngw)主要是应用在厚板焊接，在焊接前，焊接接口位置不开坡口或者小角度坡口，并留有窄而深的间隙。采用熔化极或者非熔化极的方法将整条焊缝高效率焊接。窄间隙焊接具有以下优点：较窄的焊缝可以大幅度减少填充金属的用量，降低原材料成本；焊接热输入量低，热影响区较窄，焊接接头力学强度性能好；变形小，残余应力小，机械性能优良，形状易控制；生产效率高，比传统方法的生产效率可高出2倍有余。基于上述优点，使得窄间隙焊接技术受到各国焊接专家的高度关注，如今窄间隙焊接在制造业得到广泛应用。按照20世纪80年代日本压力容器研究委员会施工分会第八专门委员会对窄间隙焊接的定义，板厚30mm以上，以小于板厚的间隙进行焊接。板厚小于200mm时，间隙小于20mm，板厚超过200mm时，间隙小于30mm。对于常规厚板(30mm左右)坡口尺寸8mm以下为窄间隙，5mm以下为超窄间隙。窄间隙焊接技术目前主要有：窄间隙钨极氩弧焊(ng-tig)、窄间隙熔化极气体保护焊(ng-gmaw)、窄间隙埋弧焊(ng-saw)和窄间隙激光焊(ng-lbw)等。目前窄间隙氩弧焊接主要实现方式是钨极摆动方式实现。在实际应用过程中，以上其他几种窄间隙焊接，间隙尺寸及深度尺寸都受影响，无法做到超厚板、窄间隙方式的焊接。例如厚度最大只能100mm以下，间隙最大可能需要接近20mm，并且需要开坡口。技术实现要素：：针对现有技术的不足，本发明提供一种窄间隙钨极氩弧焊枪，采用非轴对称旋转钨极方式，进行超厚板(0-300mm)、窄间隙(4-10mm)的焊接。本发明的技术方案如下：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，包括枪筒，枪筒为两端开口的腔体，枪筒上侧设有上盖板，枪筒下侧设有下盖板，枪筒内设有固定板，固定板上设有电动机，电动机输出轴与主轴相连，主轴末端与钨极相连；枪筒内设有水冷套，主轴贯穿水冷套，水冷套上设有进水管和回水管，进水管和回水管穿过上盖板与外界水冷系统连接；进水管输入冷却液体，出水管输出冷却液体，完成水的循环，通过水的循环过程降低主轴的温度，实现焊枪长时间工作；枪筒内设有导电滑块，主轴贯穿导电滑块，导电滑块上设有导线，导线穿过上盖板与外界焊接电源相连；通过导线与焊接电源的连通对主轴进行有效导电，导电滑块与主轴配合并相对转动，主轴旋转运动时导电滑块固定不动；上盖板贯穿设有气嘴接头，气嘴接头通过进气管与外界保护气系统相连，下盖板贯穿设有出气孔，气嘴接头、上盖板、枪筒内部空腔、主轴、下盖板共同形成气体通道，外接保护气体自气嘴接头处进入枪筒，先充满枪筒，起到缓冲作用，然后从下盖板出气孔处均匀、平稳排出焊枪，吹出气体属于层流，指向性一致，集中保护电弧正下方熔池，并且对焊接电弧起到拘束作用，保证起弧及焊接过程稳定，防止电弧在侧壁上方起弧，此保护气体既为焊接处熔池及焊缝提供保护气体，同时对枪体内部进行气流冷却；枪筒外部设有外壳，枪筒与外壳相对移动。上盖板固定于枪筒的上端，其上有各螺纹或机械安装孔位，利于其分别与枪筒及其他零部件进行组装机配合，并形成气体通路；下盖板固定于枪筒的下端，其上有各螺纹或机械安装孔位，利于其分别与枪筒及其他零部件进行组装机配合，并开有一定数量的出气孔，以利于气体平稳、均匀排出为目的。外壳位于最外侧，为一圆形或其他形状截面的筒型物体。优选的，电动机输出轴通过联轴器与主轴相连。优选的，导线通过机械紧固件与导电滑块连接，所述机械紧固件包括螺栓、弹性垫片、平垫片。优选的，导电滑块上通过螺栓等结构还设有测温电阻，测温电阻的传感线贯穿上盖板与外界设备控制器连接，实时测量焊枪内部温度，并进行后续控制，防止温度过高焊枪损坏。优选的，主轴与枪筒内壁之间设有至少两个轴承。主轴通过轴承组装于枪筒内部，使焊枪工作时转动保持稳定。进一步优选的，主轴上设有定位斜台，导电滑块内壁设有与定位斜台匹配的壁面，导电滑块上方设有弹簧，弹簧套于主轴上。导电滑块贯穿并定位主轴，通过定位斜台便于主轴与导电滑块卡位固定，弹簧可进一步加固导电滑块与主轴之间在轴向上紧密连接。进一步优选的，主轴与导电滑块的接触面积为至少200mm2。通过定位斜台设置锥面保证接触稳定性，增大接触面积，以免面积过小时电阻大、造成发热严重。进一步优选的，弹簧上端、下端均设有弹簧外套，弹簧外套为圆环板，圆环板外周边缘设有一圈挡板，弹簧外套用以限定弹簧形状、以免弹簧在压缩过程中变形或产生位移，同时可以减小弹簧与导电滑块、轴承的摩擦力。上端的弹簧外套与轴承下端接触，下端的弹簧外套与导电滑块接触，通过压缩弹簧的压力使导电滑块(9)与主轴(11)紧密配合。进一步优选的，导电滑块为碳刷，可以采用碳刷形式，侧方还设有径向弹簧，径向弹簧的数量为至少两个，径向弹簧均匀分布于主轴一周，径向弹簧一端与碳刷尾端接触、另一端与碳刷仓内壁接触，弹簧限定装置用以固定弹簧位置。通过径向弹簧进一步定位导电滑块或碳刷，使之与主轴紧密配合。优选的，下盖板的出气孔的数量为至少两个，出气孔均匀分布在下盖板上。进一步优选的，出气孔的数量为4个。进一步优选的，枪筒末端设有导气嘴，导气嘴内部为倒锥形，并于内侧壁开有螺纹槽。由导气嘴进一步约束保护气流的走向。优选的，水冷套与主轴接触内壁上下两端设有密封圈，主轴与水冷套采用旋转动密封方式进行组合，主轴与水冷套及密封圈之间共同形成一密封腔，密封腔为环形，进水管与环形密封腔相通，回水管与环形密封腔相通，共同形成闭环回路，冷却水进入水冷套后对主轴进行冷却，密封圈可进一步防止冷却水外溢。优选的，主轴末端设有台阶孔，台阶孔内设有钨极夹，钨极夹内固定设有钨极，钨极夹通过钨极夹锁紧螺母与主轴连接。钨极夹锁紧螺母用以紧固钨极夹，从而紧固钨极。钨极夹通过钨极夹锁紧螺母固定于主轴之上，钨极通过主轴、钨极夹、钨极夹锁紧螺母有效接触，定位锁紧，与主轴同轴，同步旋转。进一步优选的，台阶孔的横截面为圆形、椭圆形、锥形、四边形、三角形、多边形其中的一种。主轴与钨极夹之间的配合面的横截面积可为圆形或其他形状，二者形状相匹配即可。进一步优选的，钨极夹与钨极夹锁紧螺母之间的配合面为圆形或圆锥形。优选的，枪筒与外壳之间的相对移动为传动齿轮或滚珠丝杠副；枪筒与外壳之间通过传动齿轮连接时，枪筒外壁设有齿条结构，外壳内壁设有齿轮，齿轮与齿条啮合；齿轮转动带动枪筒在外壳内竖向位移；枪筒与外壳之间通过滚珠丝杠副连接时，外壳内壁设有丝杠，丝杠上设有滚珠滑块，滚珠滑块与枪筒外壁连接，丝杠的转动带动滚珠滑块直线移动，从而带动枪筒在外壳内竖向移动。焊接时外壳与工件表面保持一定的距离不变，枪筒主体上、下自由运动，以实现同一焊缝不同焊层的焊接。本发明的有益效果在于：本发明的技术方案通过加工4-10mm宽的窄间隙u型坡口(或者不打坡口)，实现厚板、大厚板高质量、高效率的焊接。相比较于窄间隙熔化极以及埋弧焊接方法，减小了焊接热输入，保证了高的焊接质量，并且可以减小坡口加工面积，增大熔覆金属的填充效率，一定程度上提升了焊接效率。相比较于普通钨极氩弧焊接又大大增加了可焊接板厚及生产效率和生产质量。本发明的钨极同轴度较高、摆动小、伸出距离较长，导电滑块接触可靠、导电能力强。选用合适的钨极承担电流最大可以达到550a，伸出距离为150mm时单边跳动可以达到0.5mm以内，甚至更低。伸出距离长，摆动小，承载电流大，使其可以实现厚板(例如0-300mm)、窄间隙(例如4-10mm)焊接。少开甚至不需要开坡口，可节省大量加工、焊接的工时及材料费用；同时由于氩气等气体保护作用明显，焊缝的化学成份和力学性能稳定。本发明焊枪中心处气体通路，可以对熔池以及焊缝进行良好的保护，得到较高的焊缝质量。而水冷及风冷的共同作用，可以降低使焊枪各零件温度，使其可以长时间作业，并提供较大的暂载率。附图说明图1是本发明一种窄间隙钨极氩弧焊枪的一较佳实施例的剖视结构示意图。图2是本发明一种窄间隙钨极氩弧焊枪的一较佳实施例的俯视结构示意图。图3是本发明一种窄间隙钨极氩弧焊枪的一较佳实施例的水冷部分剖视结构示意图。图4是本发明一种窄间隙钨极氩弧焊枪的一较佳实施例导电滑块部分剖视结构示意图。图5是本发明一种窄间隙钨极氩弧焊枪的一较佳实施例的钨极磨尖部分示意图，α＝45°。图6是本发明碳刷结构示意图。图中所用标记如下：(1)枪筒,(2)进水管,(3)导线,(4)气嘴接头，(5)固定板，(6)回水管，(7)电动机，(8)轴承及其定位件，(9)导电滑块，(10)水冷套，(11)主轴，(12)钨极夹，(13)钨极夹锁紧螺母，(14)钨极，(15)上盖板，(16)下盖板，(17)轴承，(18)联轴器，(19)弹簧，(20)密封圈，(21)螺栓，(22)弹性垫片，(23)平垫片，(24)齿轮，(25)外壳，(26)弹簧外套，(27)测温电阻，(28)碳刷，(29)碳刷仓。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。示例实施方式能够以多种形式实施，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便。如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。用语“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等实施例1：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，包括枪筒，枪筒为两端开口的腔体，枪筒上侧设有上盖板，枪筒下侧设有下盖板，上盖板、下盖板通过螺纹或者螺栓等其它方式分别固定于枪筒的上、下两端，枪筒内设有固定板，固定板上设有电动机，电动机输出轴通过联轴器与主轴相连，主轴末端与钨极相连，钨极采用底部非轴对称方式磨尖，磨尖角度30°≤a≤60°。枪筒内设有水冷套，主轴贯穿水冷套，水冷套上设有进水管和回水管，进水管和回水管穿过上盖板与外界水冷系统连接。枪筒内设有导电滑块，主轴贯穿导电滑块，导电滑块上设有导线，导线穿过上盖板与外界焊接电源相连；通过导线与焊接电源的连通对主轴进行有效导电，导电滑块与主轴配合并相对转动，主轴旋转运动时导电滑块固定不动。上盖板贯穿设有气嘴接头，气嘴接头通过进气管与外界保护气系统相连，下盖板贯穿设有出气孔，气嘴接头、上盖板、枪筒内部空腔、主轴、下盖板共同形成气体通道，外接保护气体自气嘴接头处进入枪筒，从下盖板出气孔处均匀、平稳排出焊枪，此保护气体既为焊接处熔池及焊缝提供保护气体，同时对枪体内部进行气流冷却；枪筒外部设有外壳，枪筒与外壳相对移动。上盖板固定于枪筒的上端，其上有各螺纹或机械安装孔位，利于其分别与枪筒及其他零部件进行组装机配合，并形成气体通路；下盖板固定于枪筒的下端，其上有各螺纹或机械安装孔位，利于其分别与枪筒及其他零部件进行组装机配合，并开有一定数量的出气孔，以利于气体平稳、均匀排出为目的。水冷套可以有效对焊枪因焊接导热及导电发热造成的温升进行冷却；焊枪内的气路为焊接提供保护气体，同时对枪体内部进行冷却。外壳位于最外侧，为一圆形或其他形状如矩形、椭圆形、多边形截面的筒型物体。实施例2：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例1所述，所不同的是，导线通过机械紧固件与导电滑块连接，所述机械紧固件包括螺栓、弹性垫片、平垫片。实施例3：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例1所述，所不同的是，导电滑块上通过螺栓等结构还设有测温电阻，测温电阻的传感线贯穿上盖板与外界设备控制器连接，实时测量焊枪内部温度，并进行后续控制，防止温度过高焊枪损坏。实施例4：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例1所述，所不同的是，主轴与枪筒内壁之间设有两个轴承。主轴通过轴承组装于枪筒内部，使焊枪工作时转动保持稳定。实施例5：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例4所述，所不同的是，主轴上设有定位斜台，导电滑块内壁设有与定位斜台匹配的壁面，导电滑块上方设有弹簧，弹簧套于主轴上。导电滑块贯穿并定位主轴，通过定位斜台便于主轴与导电滑块卡位固定，弹簧可进一步加固导电滑块与主轴之间在轴向上紧密连接。主轴与导电滑块的接触面积为至少200mm2。通过定位斜台设置锥面、增大接触面积，以免面积过小时电阻大、造成发热严重。实施例6：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例5所述，所不同的是，弹簧上端、下端均设有弹簧外套，弹簧外套为圆环板，圆环板外周边缘设有一圈挡板，弹簧外套用以限定弹簧形状、以免弹簧在压缩过程中两端产生位移，同时可以减小弹簧与导电滑块、轴承的摩擦力。上端的弹簧外套与轴承下端接触，下端的弹簧外套与导电滑块接触，通过压缩弹簧的压力使导电滑块(9)与主轴(11)紧密配合。实施例7：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例6所述，所不同的是，导电滑块为碳刷，可以采用碳刷形式，如图6所示，侧方还设有径向弹簧，径向弹簧的数量为至少两个，径向弹簧均匀分布于主轴一周，径向弹簧一端与碳刷尾端接触、另一端与弹簧限定装置接触，弹簧限定装置用以固定弹簧位置，如，弹簧限定装置为一端开口的筒形仓，弹簧置于其中，由筒形仓限定弹簧和一部分碳刷的空间位置。通过径向弹簧进一步定位导电滑块或碳刷，使之与主轴紧密配合。实施例8：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例6所述，所不同的是，下盖板的出气孔的数量为4个，出气孔均匀分布在下盖板上。实施例9：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例8所述，所不同的是，枪筒末端设有导气嘴，导气嘴为倒锥形，并于内侧壁开有螺纹槽。由导气嘴进一步约束保护气流的走向。实施例10：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例1所述，所不同的是，主轴末端设有台阶孔，台阶孔内设有钨极夹，钨极夹内固定设有钨极，钨极夹通过钨极夹锁紧螺母与主轴连接。钨极夹锁紧螺母用以紧固钨极夹，从而紧固钨极。台阶孔的横截面为圆形，钨极夹与之相匹配。钨极夹与钨极夹锁紧螺母之间的配合面为圆形。实施例11：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例10所述，所不同的是，台阶孔的横截面为椭圆形，钨极夹与之相匹配。实施例12：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例10所述，所不同的是，台阶孔的横截面为四边形，钨极夹与之相匹配。实施例13：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例10所述，所不同的是，台阶孔的横截面为三角形，钨极夹与之相匹配。实施例14：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例10所述，所不同的是，钨极夹与钨极夹锁紧螺母之间的配合面为圆锥形。实施例15：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例9所述，所不同的是，枪筒与外壳之间的相对移动为传动齿轮，枪筒与外壳之间通过传动齿轮连接，枪筒外壁设有齿条结构，外壳内壁设有齿轮，齿轮与齿条啮合；动力装置带动齿轮旋转，齿轮转动带动枪筒在外壳内竖向位移。实施例16：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例15所述，所不同的是，枪筒与外壳之间的相对移动实现机构为滚珠丝杠副；外壳内壁设有丝杠，丝杠上设有滚珠滑块，滚珠滑块与枪筒外壁连接，丝杠的转动带动滚珠滑块直线移动，从而带动枪筒在外壳内竖向移动。焊接时外壳与工件表面保持一定的距离不变，枪筒主体上、下自由运动，以实现同一焊缝不同焊层的焊接。实施例17：一种窄间隙钨极氩弧焊枪，其结构如实施例1所述，所不同的是，水冷套与主轴接触内壁上、下两端设有密封圈。冷却水进入水冷套后对主轴进行冷却，密封圈可进一步防止冷却水外溢。对比例1一种常规tig焊枪，包括焊枪体，分流器，陶瓷喷嘴，钨极、钨极夹、压帽(分长短)，微动开关等构成。一般可焊接最大厚度3mm。对比例2窄间隙埋弧焊(ng-saw)，一般最大可焊接300mm，常规焊接40-50mm厚，坡口宽度最小18mm以上，不考虑效率系数，热输入15kj/cm以上。由于采用了大功率电弧，但这使得ng-saw的焊接线能量增大，在焊态时焊接接头的塑性、韧性难以提高，重要的ng-saw接头常常需要焊后热处理才能满足使用性能要求。仅可在平焊、平角焊、船型焊的空间位置施焊。对比例3窄间隙熔化极气体保护焊(ng-gmaw)，靠摆动机构带动焊丝旋转摆动，实现电弧摆动，改善两侧的熔合。由于受坡口的空间限制，间隙较大，间隙宽度最小10mm。摆动的熔化极，可焊接厚度100mm以上，大部分板厚18-25mm，热输入大于15kj/cm。实验例利用本发明实施例9所提供的焊枪，选用直径3.2规格的钨极，钨极伸出距离为23mm，间隙宽度取6mm，对25mm的厚板单面焊接，热输入12kj/cm；选用直径6.0规格的钨极，钨极伸出距离为150mm，间隙宽度取10mm，对300mm的厚板双面焊，焊接热输入20kj/cm以下。与对比例所示的几种焊枪，进行窄间隙焊接实验对比，如表1所示，本发明的焊枪同轴度较高、摆动小、伸出距离较长，导电滑块接触可靠、导电能力强、承载电流大，可实现厚板窄间隙焊接。表1焊接实验对比案例类别可焊板厚(mm)是否打坡口最小间隙(mm)实施例925否(或u型)6实施例9300否(或u型)10对比例13否(或u、v型)3对比例2300是(u、v型)20对比例3100是(u、v型)20以上对本发明专利及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。总而言之如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。当前第1页12