CN105414722A - 一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙gmaw焊炬 - Google Patents

一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙gmaw焊炬 Download PDF

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Abstract

一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，本发明属于焊接技术领域，解决现有双丝窄间隙GMAW焊炬结构复杂、焊接保护效果不良的问题。本发明GMAW焊炬包括焊炬主体、两个导电杆、两个导电嘴、双重气筛板和气塞，其中焊炬主体由上盖、枪管体和喷嘴通过螺纹连接成一体，在上盖的进气孔中插有沿径向开孔的气塞，在枪管体中设置两个平行间隔的气筛板，绝缘套中插有两个导电杆，导电嘴连接到导电杆的下端。本发明采用进气口气塞侧壁穿孔对进气流速减速，在导气部分，采用双重气筛使气体进一步减速并混匀。两导电嘴分别指向窄间隙侧壁，促进侧壁熔合。焊接过程中，喷嘴置于窄间隙坡口上方，实现共熔池状态下良好的窄间隙双丝GMAW工艺。

Description

一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种双丝窄间隙熔化极气体保护焊的焊枪。
背景技术
近年来,随着工业技术的不断发展,焊接结构趋向于大型化,因此厚板的应用越来越广泛,对焊接接头性能要求也越来越高。传统的厚板焊接一般要求对工件开大坡口，并采用多层多道焊，耗费焊材多，热输入高，并会对材料的塑、韧性造成一定程度的损害，与其相比，窄间隙焊接技术在焊接厚板时优势明显，较小的坡口尺寸减少了焊缝金属填充量并降低了成本，快的熔池凝固速度和小的热输入使焊缝热影响区变窄，减小了焊接残余变形和残余应力，使接头的韧性显著提高，能够实现高质量高效率的焊接，但其需要采用特殊的焊接设备以及特殊的焊接形式，来保证电弧在狭窄间隙内可以稳定燃烧并不产生坡口侧壁熔合不良的问题，以得到无缺陷的焊接接头。GMAW具有热输入调节范围宽、冶金过程简单、适用全位置焊接等优点,综合考虑,窄间隙GMAW方法最适合于实际焊接生产。窄间隙GMAW一个关键性难题是保证侧壁熔合,围绕这一难题国内外提出了多种方法,主要有利用大电流或脉冲电流、电弧摆动、电弧旋转、双丝或多丝等方法。目前，常用的窄间隙GMAW焊枪，大多采用的都是扁长笨重的***式喷嘴(喷嘴***坡口内部)，其有诸多缺点：(1)焊接过程中喷嘴易与侧壁产生打弧现象；(2)进入到焊道中的气体容易形成紊流，对熔池无法形成良好的保护效果；(3)拆卸导电嘴时需要先拆除喷嘴，故不易清理和更换导电嘴；(4)由于喷嘴***坡口内部，阻碍焊接过程中对焊接熔池的监测。(5)由于坡口内部热量集中，必须对***式喷嘴加水冷机构。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有GMAW焊炬进入到坡口中的气体容易形成紊流，对熔池无法形成良好的保护效果以及需要水冷装置，结构复杂的问题，而提供一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬。
本发明外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬包括焊炬主体、两个导电杆、两个导电嘴、第一气筛板、第二气筛板和气塞，其中焊炬主体由上盖、枪管体和喷嘴组成，上盖和喷嘴分别通过螺纹连接到枪管体的上端面和下端面形成长管状的焊炬主体，在枪管体上部的管壁上开有环形槽，在环形槽的下方枪管体的管径变小，环形槽与枪管体管径变小的连接处形成凸台，在上盖上开有一个绝缘套孔和多个进气孔，在每个进气孔中均插有气塞，气塞与进气管相连通且气塞上气孔的开孔方向沿着气塞的径向方向，在凸台上搭载有第一气筛板，第二气筛板平行设置在第一气筛板的上方，第一气筛板和第二气筛板上均开有多个筛孔，绝缘套嵌入绝缘套孔中，绝缘套中插有两个平行的导电杆，导电嘴连接到导电杆的下端。
本发明喷嘴采用外置式结构(喷嘴置于坡口上方)，通过双气筛板过滤等结构设计的保护气体通道，改变气体流场和流态分布，满足焊缝的保护需要。目前双丝间距对焊缝成形的影响研究已成熟，故可以固定双丝间距，大大地简化了焊枪结构，节约了焊枪制作成本，焊接时双丝电弧作用在一个熔池中，提高焊接效率。采用弯曲导电嘴指向坡口两侧，改善侧壁熔合不良情况。
而为了减小气体的紊流度，本发明采用进气口侧壁穿孔气塞对进气流速减速，在导气部分，采用双重气筛装置，使气体能进一步减速并混匀及镇静，进入喷嘴的气流更加平稳，速度均匀。最后，达到在相对较短的喷嘴出口内形成层流，使喷嘴出口的气流紊流度较小，达到良好的气体流态。
本发明外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬包含以下的优点和效果：
1、在窄间隙环境下，焊枪高度调节方便，零部件更换容易，能够方便实现多层多道焊；
2、焊枪密封性良好，具有良好的气体保护效果，避免焊接过程中卷入空气；
3、实现共熔池状态下的窄间隙双丝焊接，焊接效率高，焊接过程易于观察，侧壁熔合良好；
4、焊枪具有良好的绝缘性和导电导热性；
5、由于喷嘴位于焊接坡口上方，喷嘴受热情况减轻，故喷嘴无设置水冷结构。
附图说明
图1为本发明外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬的结构示意图；
图2为实施例外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬装配的主视图；
图3为实施例外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬装配的侧视图；
图4为实施例应用外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬实际保护气体流态图；
图5为实施例应用外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬得到的焊缝侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬包括焊炬主体、两个导电杆6、两个导电嘴8、第一气筛板3-1、第二气筛板3-2和气塞4，其中焊炬主体由上盖1、枪管体9和喷嘴2组成，上盖1和喷嘴2分别通过螺纹连接到枪管体9的上端面和下端面形成长管状的焊炬主体，在枪管体9上部的管壁上开有环形槽，在环形槽的下方枪管体9的管径变小，环形槽与枪管体9管径变小的连接处形成凸台7，在上盖1上开有一个绝缘套孔和多个进气孔，在每个进气孔中均插有气塞4，气塞4与进气管相连通且气塞4上气孔4-1的开孔方向沿着气塞4的径向方向，在凸台7上搭载有第一气筛板3-1，第二气筛板3-2平行设置在第一气筛板3-1的上方，第一气筛板3-1和第二气筛板3-2上均开有多个筛孔3-3，绝缘套5嵌入绝缘套孔中，绝缘套5中插有两个平行的导电杆6，导电嘴8连接到导电杆6的下端。
本实施方式考虑到方便窄间隙内多层的焊接，保证焊接过程中喷嘴与试件距离、干伸长等参数一致，所以需要将该喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬与调节装置连接，可以通过滑台及其连接装置使喷嘴与导电杆之间相互滑动，来达到调节喷嘴高度的目的。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是上盖1和枪管体9的材质为铝合金。
本实施方式采用铝合金材料可实现焊枪的轻质化。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是喷嘴2的材质为紫铜。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是在每根导电杆6中均插有焊丝，焊丝穿入导电嘴8中。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是两根焊丝分别由两个独立的焊接电源供电。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是气塞4与进气孔通过螺纹相连接。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是导电嘴8为弯曲导电嘴，两个弯曲导电嘴分别指向窄间隙的侧壁。
本实施方式在焊接过程中两电弧作用在一个熔池中，两根焊丝经过弯曲导电嘴分别指向窄间隙侧壁，促进侧壁熔合良好。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是导电嘴8通过带有内螺纹的连接头15与导电杆6相连。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是喷嘴2的长度为40～60mm。
实施例：本实施例外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬包括焊炬主体、两个导电杆6、两个导电嘴8、第一气筛板3-1、第二气筛板3-2和气塞4，其中焊炬主体由上盖1、枪管体9和喷嘴2组成，上盖1和喷嘴2分别通过螺纹连接到枪管体9的上端面和下端面形成长管状的焊炬主体，在枪管体9上部的管壁上开有环形槽，在环形槽的下方枪管体9的管径变小，环形槽与枪管体9管径变小的连接处形成凸台7，在上盖1上开有一个绝缘套孔和四个进气孔，在每个进气孔中均插有气塞4，气塞4与进气管相连通且气塞4上气孔4-1的开孔方向沿着气塞4的径向方向，在凸台7上搭载有第一气筛板3-1，第二气筛板3-2平行设置在第一气筛板3-1的上方，第一气筛板3-1和第二气筛板3-2上均开有多个筛孔3-3，绝缘套5嵌入绝缘套孔中，绝缘套5中插有两个平行的导电杆6，导电杆6与导电嘴8用带有内螺纹的连接头15相连，导电嘴8的嘴口露在喷嘴2外部。
本实施例喷嘴高度通过调节滑台10来调控，该调节滑台10由丝杠11和滑块12机构组成，同时通过连杆13使滑块与焊炬主体相连，通过旋转上方旋钮14可以实现滑块12的上下运动，进而完成喷嘴2距离窄间隙试件17之间高度的调节。
为方便焊枪内部部件的组装、拆卸以及后续的维修更换，焊枪采用分节结构，焊枪上盖1与喷嘴2通过螺纹与枪管体9连接，枪管体9下部分的内径与喷嘴2内径相同。为了焊枪的轻质化，焊枪上盖1与枪管体9采用铝合金材料，考虑到GMAW焊接过程中的热量积累与飞溅问题，喷嘴2采用紫铜材料制成。
电源线16与导电块20相连，导电块20镶嵌在支撑台18内部并在支撑台18下表面露出，导电杆6与导电块20通过螺纹连接。两个导电嘴8采用指向侧壁的弯曲形式。焊炬主体与导电杆6之间以及两根导电杆6之间用绝缘套(聚四氟乙烯)5相隔。焊接工作时，两根焊丝分别从两根送丝管19送入，再经导电杆6与导电嘴8中穿过，两根焊丝分别有两个独立的焊接电源供电。
进气气塞4与焊枪上盖1螺纹相连，为减小气体的紊流度，在进气气塞4侧壁穿孔，使焊枪进气部分为径向进气方式，使气体从进气孔进入焊枪后能减速；其次，在导气部分，由于从狭小的气塞孔喷射出的气体仍具有较大的紊流度，但是为了减小气流进入喷嘴的紊流度，在导气部分采用双重气筛(第一气筛板3-1和第二气筛板3-2)，减小气流质点的径向速度分量，使气体能进一步减速并混匀及镇静，使进入喷嘴2的气流更加平稳，速度均匀；最后，对于喷嘴出口而言，由于进气气塞4部分的减速以及导气部分双重气筛的混匀及镇静作用，使进入喷嘴出口的气流紊流度较小，从而在相对较短的喷嘴出口内形成层流，达到良好的气体流态，进而对窄间隙焊接过程有良好的保护效果。
本实施例为检验所述外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬的保护效果，通过对保护气体进行染色，观察从焊枪喷嘴内出来的气体状态，对保护效果进行定性的判断，为更加符合实际焊接条件且便于观察，通过透明的亚克力板模拟实际焊接过程中试件坡口，保护气体染色的原理：经过干燥后的气体通入装有TiCl4的烧瓶，气体中的微量水分与TiCl4反应，生成白色的TiO2颗粒，随着气流从喷嘴流出，会遇到空气中的更多水分，当出现紊流混入空气的时候气流的状态发生强烈的变化，因此可通过观察喷嘴喷出气体的流动状态来判断气体保护的效果，其反应方程式如下：
TiCl4+2H2O→TiO2+4HCl
试验结果如图4所示，可见气体流态良好，进入到窄间隙破口内良好地覆盖在坡口底部上方，说明在焊接过程中保护气是覆盖于焊缝上表面进而对其形成良好的保护。
为保证实际焊接质量，在窄间隙80mm深度U型坡口内、气体流量50L/min、喷嘴与试件距离15mm的条件下进行焊接试验，所得焊缝为光亮的银白色，如图5所示，说明气体保护效果良好。

Claims (9)

1.一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于该外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬包括焊炬主体、两个导电杆(6)、两个导电嘴(8)、第一气筛板(3-1)、第二气筛板(3-2)和气塞(4)，其中焊炬主体由上盖(1)、枪管体(9)和喷嘴(2)组成，上盖(1)和喷嘴(2)分别通过螺纹连接到枪管体(9)的上端面和下端面形成长管状的焊炬主体，在枪管体(9)上部的管壁上开有环形槽，在环形槽的下方枪管体(9)的管径变小，环形槽与枪管体(9)管径变小的连接处形成凸台(7)，在上盖(1)上开有一个绝缘套孔和多个进气孔，在每个进气孔中均插有气塞(4)，气塞(4)与进气管相连通且气塞(4)上气孔(4-1)的开孔方向沿着气塞(4)的径向方向，在凸台(7)上搭载有第一气筛板(3-1)，第二气筛板(3-2)平行设置在第一气筛板(3-1)的上方，第一气筛板(3-1)和第二气筛板(3-2)上均开有多个筛孔(3-3)，绝缘套(5)嵌入绝缘套孔中，绝缘套(5)中插有两个平行的导电杆(6)，导电嘴(8)连接到导电杆(6)的下端。
2.根据权利要求1所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于上盖(1)和枪管体(9)的材质为铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于喷嘴(2)的材质为紫铜。
4.根据权利要求1所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于在每根导电杆(6)中均插有焊丝，焊丝穿入导电嘴8中。
5.根据权利要求4所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于两根焊丝分别由两个独立的焊接电源供电。
6.根据权利要求1所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于气塞(4)与进气孔通过螺纹相连接。
7.根据权利要求1所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于导电嘴(8)为弯曲导电嘴，两个弯曲导电嘴分别指向窄间隙的侧壁。
8.根据权利要求1所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于导电嘴(8)通过带有内螺纹的连接头(15)与导电杆(6)相连。
9.根据权利要求1所述的一种外置式喷嘴双丝共熔池窄间隙GMAW焊炬，其特征在于喷嘴(2)置于坡口上方，喷嘴(2)的长度为40～60mm。
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