一种用于TIG焊接的集成式双钨极焊炬的制作方法

一种用于tig焊接的集成式双钨极焊炬
技术领域
1.本发明涉及tig焊接技术领域，具体而言，涉及一种用于tig焊接的集成式双钨极焊炬。


背景技术：

2.钛合金板材、管材具有比强度高、耐腐蚀性、可焊性能好、密度小等优点，已广泛用于航空、航天、海洋、化工、生物等领域的各个方面；其中超厚窄间隙的钛合金板材焊接是深潜器耐压装备的工艺核心之一，其焊接质量能够影响最终的产品质量。
3.现有钨极氩弧焊(tig焊)是一种高质量但效率较低的一种焊接方式，其特点是稳定的焊接过程和优秀的焊接质量，适用于精密焊接及高质量焊接；但也存在明显的局限性，即焊接速度慢且熔深较浅。而双钨极tig焊接通过两个钨极之间的电弧耦合，获得有利于窄间隙焊接的椭圆形电弧，有利于解决窄间隙tig焊接过程中容易产生的侧壁未熔合缺陷；在较大焊接电流下可以保持比较低的电弧压力，减低焊接熔深，显著提高焊接熔覆率，是目前大厚度钛合金的主要焊接方式。
4.为此，申请号cn201911125280.8的中国专利公开了一种全冷结构双钨极焊接枪体及装置，其枪体内部包括3条冷却水通路和2路气体冷却通路以满足大电流焊接时所需的冷却需求；但该方案中焊枪内部结构复杂、钨极间距调节不便、体积较大。申请号cn202220401851.7的中国专利公开了一种液冷结构双钨极焊炬，两个钨极通过各自钨极枪的钨极夹进行固定，存在间距调节不便、体积大、气密性差等不足。上述方案均无法满足超厚窄间隙的钛合金板材焊接时对深窄间隙钨极长度、间距调节的需求。
5.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是现有的双钨极焊枪结构不合理，无法在焊接超厚窄间隙的钛合金板材时对深窄间隙钨极长度、间距进行调节。
7.为解决上述问题，本发明提供一种用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，包括固定板，所述固定板上设置送丝装置及双钨极焊枪，所述送丝装置包括可在三维空间移动的送丝嘴，用于向所述双钨极焊枪输送焊丝；所述双钨极焊枪包括可转动的第一钨极、第二钨极，所述第一钨极、第二钨极在靠近所述焊丝一端的相对位置可调。
8.该设置结构简单且能够满足超厚窄间隙钛合金的焊接需求。优选的，所述固定板为胶木板，可保证相互间的绝缘，安全性更高。
9.优选的，所述双钨极焊枪包括截面呈半圆形且内部设有冷却结构、进气结构的第一腔体、第二腔体，所述第一腔体、第二腔体之间设置绝缘层，所述第一腔体内设置第一穿孔，用于放置所述第一钨极，所述第二腔体内设置第二穿孔，用于放置所述第二钨极，所述第一钨极、第二钨极靠近所述焊丝的一端在第一方向、第二方向的相对位置可调。
10.该设置可极大减少双钨极焊枪的空间占用面积与双焊枪成本。优选的，所述第一
腔体、第二腔体的结构相同且均为紫铜材质，所述绝缘层为陶瓷材质。
11.优选的，所述第一穿孔远离所述绝缘层的一侧设置第一固定螺栓，所述第一固定螺栓用于固定所述第一钨极，所述第二穿孔远离所述绝缘层的一侧设置第二固定螺栓，所述第二固定螺栓用于固定所述第二钨极。该设置可通过螺栓即可调整第一钨极、第二钨极进行上下伸缩及水平转动，上下可在0～60mm范围内调节，前后可实现钨极尖前后距离在0～20mm内调节，可实现最大厚度为110mm的钛合金超厚板焊接，安装、拆卸方便且操作简单。
12.优选的，所述第一腔体一端设置“扁平”型的喷嘴，所述第一钨极部分的伸入所述喷嘴设置，所述第一腔体远离所述喷嘴的一端设置第一电源连接孔，用于连接焊机电源。
13.该设置可根据需要调整双钨极之间的相对位置，同时使喷嘴的厚度尽可能小，满足深窄间隙焊接的需要。
14.优选的，所述进气结构包括位于所述绝缘层两侧的第一气管、第二气管，所述第一气管、第二气管的出气端与所述喷嘴相连，所述第一气管内设置呈水平放置的第一气网，所述第二气管内设置呈水平放置的第二气网。
15.该设置通过第一气网、第二气网对保护气体进行分散，避免气体集中影响电弧稳定性；同时将保护气体送入喷嘴内部并第一钨极、第二钨极进行冷却；根据气体流量和焊接脉冲振幅调节气体比例，提高了钛合金窄间隙焊接过程稳定性的同时，节约了气体使用量以降低使用成本。
16.优选的，所述冷却结构包括相连的第一进水管、第一出水管以及相连的第二进水管、第二出水管，所述第一进水管、第一出水管位于所述第一腔体内，所述第二进水管、第二出水管位于所述第二腔体内。该设置可在导电腔内形成水流回路，用于将焊接过程中焊枪的热量带走。
17.优选的，所述送丝装置包括：
18.上下调节螺母，设在所述固定板上，用于在竖直方向调节所述送丝嘴的位置；
19.左右调节螺母，设在所述上下调节螺母上，用于在水平方向调节所述送丝嘴的位置；
20.角度调节螺母，设在所述左右调节螺母上，用于调节所述送丝嘴的倾斜角度；
21.加长送丝管，设在所述角度调节螺母上且与所述送丝嘴的进口端相连，所述加长送丝管的进口端设置送丝软管接口，用于将外接的热丝或者振动的焊丝送至所述送丝嘴。
22.该设置可确保焊丝与双钨极电弧熔池之间的距离处于合适范围内，同时送丝枪前端能够深入窄间隙内部，满足超厚窄间隙的焊接要求。
23.优选的，所述固定板设置滑动组件，所述送丝装置可沿所述滑动组件滑动且通过固定块与所述滑动组件固定连接。该设置可实现送丝装置在左、右和前、后的大距离调控，结构简单，便于生产加工。
24.优选的，所述用于tig焊接的集成式双钨极焊炬还包括ccd相机，所述固定板设置用于固定所述ccd相机的固定组件，所述固定组件位于所述滑动组件的一侧。通过设置ccd相机能够对超厚窄间隙的焊接场景进行取样，提高焊接精度与效率。
25.优选的，所述固定板设置第一滑槽，第一滑槽位于所述滑动组件远离所述固定组件的一侧，所述双钨极焊枪通过螺栓固定在所述第一滑槽内。该设置可调整所述双钨极焊枪相对于所述固定板的相对位置，应用范围广。
26.相对于现有技术，本发明所述用于tig焊接的集成式双钨极焊炬具有下述有益效果：1)根据需要快速调整第一钨极、第二钨极的相对位置以满足不同工况尤其是超厚窄间距钛合金的焊接需求；2)便于根据焊接板材尺寸来调整集成式双钨极焊炬的位置、姿态，适应性强；3)通过设置气网能够对保护气体进行分散，避免气体集中影响电弧稳定性；同时利用保护气体对第一钨极、第二钨极进行冷却。
附图说明
27.图1为本发明实施例所述用于tig焊接的集成式双钨极焊炬的整体示意图；
28.图2为本发明实施例所述双钨极焊枪的正视图；
29.图3为本发明实施例所述双钨极焊枪的侧视图；
30.图4为本发明实施例所述双钨极焊枪的俯视图；
31.图5为本发明实施例所述第一钨极的结构示意图；
32.图6为本发明实施例所述双钨极调节间距的过程示意图。
33.附图标记说明：
34.1-双钨极焊枪；101-第一进水管；102-第一出水管；103-第二进水管；104-第二出水管；105-第一穿孔；106-第二穿孔；107-第一气网；108-第二气网；109-绝缘层；110-第一气管；111-第二气管；112-第一电源连接孔；113-第二电源连接孔；114-固定扎带；115-第一固定螺栓；116-第一腔体；117-第二腔体；118
‑‑
第二固定螺栓；119-壳体；120-喷嘴；121-第一钨极；1211-第一钨极段；1212-第二钨极段；1213-第三钨极段；122-第二钨极；
35.2-送丝装置；201-上下调节螺母；202-左右调节螺母；203-送丝软管接口；204-角度调节螺母；205-加长送丝管；206-送丝嘴；207-焊丝；208-固定块；
36.3-固定板；301-滑动组件；302-固定组件；303-第一滑槽；304-第二滑槽。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
38.如图1所述，一种用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，包括固定板3，所述固定板3上设置送丝装置2及双钨极焊枪1，所述送丝装置2包括可在三维空间移动的送丝嘴206，用于向所述双钨极焊枪1输送焊丝207；所述双钨极焊枪1包括转动设置的第一钨极121、第二钨极122，所述第一钨极121、第二钨极122在靠近所述焊丝207一端的相对位置可调。
39.该设置可使焊枪结构合理，满足超厚窄间隙钛合金的焊接需求。优选的，所述固定板3为胶木板，可保证相互间的绝缘，安全性更高。
40.如图2-6所示，所述双钨极焊枪1包括截面呈半圆形且内部设有冷却结构、进气结构的第一腔体116、第二腔体117，所述第一腔体116、第二腔体117之间设置绝缘层109，所述第一腔体116内设置第一穿孔105，用于放置第一钨极121，所述第二腔体117内设置第二穿孔106，用于放置第二钨极122，所述第一钨极121、第二钨极122靠近所述焊丝207的一端在第一方向、第二方向的相对位置可调。
41.采用第一腔体116、第二腔体117组合的方式来代替两个焊枪组合，极大的减少了双钨极焊枪1的空间占用面积与双焊枪成本。优选的，所述第一腔体116、第二腔体117的结
构相同且均为紫铜材质，所述绝缘层109为陶瓷材质。
42.优选的，所述第一钨极121包括依次相连且处于同一平面的第一钨极段1211、第二钨极段1212、第三钨极段1213，所述第二钨极段1212垂直于所述第一钨极段1211、第三钨极段1213，所述第三钨极段1213的一侧设置第一斜面，所述第一钨极段1211位于所述第一穿孔105内。该设置可通过转动第一钨极121能够调整与第二钨极122的相对位置，满足不同工况尤其是超厚窄间距钛合金的焊接需求。优选的，所述第二钨极122的结构与第一钨极121相同，在此不进行赘述。
43.作为本发明的一个示例，所述第一穿孔105远离所述绝缘层109的一侧设置与所述第一钨极121相抵接的第一固定螺栓115，所述第二穿孔106远离所述绝缘层109的一侧设置与所述第二钨极122相抵接的第二固定螺栓118。该设置可通过螺栓即可调整第一钨极121、第二钨极122进行上下伸缩及水平转动，上下可在0～60mm范围内调节，前后距离通过如图6所示的调节方式，可以实现钨极尖前后距离在0～20mm内调节，可实现最大厚度为110mm的钛合金超厚板焊接，安装、拆卸方便且操作简单。
44.优选的，所述第一固定螺栓115、第二固定螺栓118对称的设在所述绝缘层109的左右两侧。该设置结构简单，外形美观。
45.作为本发明的一个示例，所述第一腔体116、第二腔体117通过固定扎带114连接，所述第一腔体116、第二腔体117的外围设置壳体119。该设置可进行隔离保护，避免焊接过程中操作失误造成两个腔体之间连线。
46.优选的，所述第一腔体116一端设置“扁平”型的喷嘴120，所述第三钨极段1213部分的伸出所述喷嘴120设置，所述第一腔体116远离所述喷嘴120的一端分别设置第一电源连接孔112，用于连接焊机电源。该设置可根据需要调整双钨极之间的相对位置，同时使喷嘴120的厚度尽可能小，满足深窄间隙焊接的需要。作为本发明的一个示例，所述第二钨极段1212的长度为l1，所述喷嘴120的厚度、宽度分别为l2、l3，其中l1＜l2且l3＞2*l1。同样的，所述第二腔体117的一端设置第二电源连接孔113，同样用于用于将连接焊机电源。
47.作为本发明的一个示例，所述进气结构包括位于所述绝缘层109两侧的第一气管110、第二气管111，所述第一气管110、第二气管111的出气端与所述喷嘴120相连，所述第一气管110内设置呈水平放置的第一气网107，所述第二气管111内设置呈水平放置的第二气网108。该设置通过第一气网107、第二气网108对保护气体进行分散，避免气体集中影响电弧稳定性；同时将保护气体送入喷嘴120内部并第一钨极121、第二钨极122进行冷却；根据气体流量和焊接脉冲振幅调节气体比例，提高了钛合金窄间隙焊接过程稳定性的同时，节约了气体使用量以降低使用成本。
48.所述第一气管110、第二气管111可通入相同或不同的保护气体，如氦气或氩气。优选的，所述用于tig焊接的集成式双钨极焊炬还包括分别与第一气管110、第二气管111相连的气体控制器，可实现氦、氩气体按比例混合保护；也可以通过脉冲控制调节器与气体控制器进行联动，根据脉冲振幅的高低，依次通入氩气、氦气，提高焊接熔池稳定性。
49.作为本发明的一个示例，第一气管110通入纯氩气、第二气管111通入纯氦气。通过两个气管气体流量的调节可得到不同配比的氩氦混合气。在不同混合比的氩氦混合气保护下电弧，熔池可以表现不同的特性，再根据工件的焊接特点选择不同的混合比。
50.通过调节气体控制器使之能够在纯氩气和纯氦气之间交替出气，调试双钨极焊机
的脉冲频率使之与气体控制匹配，从而得到电弧高脉冲时出氦气，低脉冲时出氩气。这样可以使高脉冲时电弧能量更高，有助于减少侧壁未熔合，同时使焊接熔敷效率大幅提升。
51.作为本发明的一个示例，所述第一气网107或第二气网108采用丝径为0.09mm的60目黄铜网叠放4-5层。具体的，将黄铜网裁剪成第一气管110和第二气管111的内径大小，从下端推入第一气管110、第二气管111内约10mm深处。该设置可使气体出气均匀、集中、稳定以能够更好的保护熔池。
52.作为本发明的一个示例，所述冷却结构包括相连的第一进水管101、第一出水管102以及相连的第二进水管103、第二出水管104，所述第一进水管101、第一出水管102位于所述第一腔体116内，所述第二进水管103、第二出水管104位于所述第一腔体116内。该设置可在导电腔内形成水流回路，用于将焊接过程中焊枪的热量带走。
53.作为本发明的一个示例，所述送丝装置2包括：
54.上下调节螺母201，设在固定板3上，用于在竖直方向调节所述送丝嘴206的位置；
55.左右调节螺母202，设在所述上下调节螺母201上，用于在水平方向调节所述送丝嘴206的位置；
56.角度调节螺母204，设在所述左右调节螺母202上，用于调节所述送丝嘴206的倾斜角度；
57.加长送丝管205，设在所述角度调节螺母204上且与所述送丝嘴206的进口端相连，所述加长送丝管205的进口端设置送丝软管接口203，用于将外接的热丝或者振动的焊丝207送至所述送丝嘴206。
58.所述上下调节螺母201、左右调节螺母202、角度调节螺母204及加长送丝管205的连接、装配关系为现有技术，在此不进行赘述。作为本发明的一个示例，所述角度调节螺母204可以使送丝嘴206在15
°
～45
°
范围内调节，确保焊丝207与双钨极电弧熔池之间的距离处于合适范围内；所述加长送丝管205为直径6mm的加长细铜管以确保送丝枪前端能够深入窄间隙内部。
59.作为发明的一个示例，所述固定板3设置滑动组件301，所述送丝装置2可沿所述滑动组件301滑动且通过固定块208与所述滑动组件301固定连接。优选的，所述滑动组件301呈l型，该设置可实现送丝装置2在左、右和前、后的大距离调控，结构简单，便于生产加工。
60.优选的，所述用于tig焊接的集成式双钨极焊炬还包括ccd相机，所述固定板3设置用于固定所述ccd相机的固定组件302，所述固定组件302位于所述滑动组件301的一侧。通过设置ccd相机能够对超厚窄间隙的焊接场景进行取样，提高焊接精度与效率。所述滑动组件301、固定块208、固定组件302的具体结构为现有技术，在此不进行赘述。
61.作为本发明的一个示例，所述固定板3设置第一滑槽303，第一滑槽303位于所述滑动组件301远离所述固定组件302的一侧，所述双钨极焊枪1通过螺栓固定在所述第一滑槽303内。该设置可调整所述双钨极焊枪1相对于所述固定板3的相对位置，应用范围广。优选的，所述用于tig焊接的集成式双钨极焊炬还包括焊接滑架(图中未示出)，所述固定板3设置第二滑槽304，第二滑槽304、第一滑槽303分别位于所述固定板3的两侧，所述所述第二滑槽304可滑动的设在所述焊接滑架上。该设置结构简单，便于根据焊接板材尺寸来调整集成式双钨极焊炬的位置、姿态，适应性强。
62.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本
发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，包括固定板(3)，其特征在于，所述固定板(3)上设置送丝装置(2)及双钨极焊枪(1)，所述送丝装置(2)包括可在三维空间移动的送丝嘴(206)，用于向所述双钨极焊枪(1)输送焊丝(207)；所述双钨极焊枪(1)包括可转动的第一钨极(121)、第二钨极(122)，所述第一钨极(121)、第二钨极(122)在靠近所述焊丝(207)一端的相对位置可调。2.根据权利要求1所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述双钨极焊枪(1)包括截面呈半圆形且内部设有冷却结构、进气结构的第一腔体(116)、第二腔体(117)，所述第一腔体(116)、第二腔体(117)之间设置绝缘层(109)，所述第一腔体(116)内设置第一穿孔(105)，用于放置所述第一钨极(121)，所述第二腔体(117)内设置第二穿孔(106)，用于放置所述第二钨极(122)，所述第一钨极(121)、第二钨极(122)在靠近所述焊丝(207)的一端在第一方向、第二方向的相对位置可调。3.根据权利要求2所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述第一穿孔(105)在远离所述绝缘层(109)的一侧设置第一固定螺栓(115)，所述第一固定螺栓(115)用于固定所述第一钨极(121)，所述第二穿孔(106)在远离所述绝缘层(109)的一侧设置第二固定螺栓(118)，所述第二固定螺栓(118)用于固定所述第二钨极(122)。4.根据权利要求2所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述第一腔体(116)一端设置“扁平”型的喷嘴(120)，所述第一钨极(121)部分的伸入所述喷嘴(120)设置，所述第一腔体(116)远离所述喷嘴(120)的一端设置第一电源连接孔(112)，用于连接焊机电源。5.根据权利要求4所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述进气结构包括位于所述绝缘层(109)两侧的第一气管(110)、第二气管(111)，所述第一气管(110)、第二气管(111)的出气端与所述喷嘴(120)相连，所述第一气管(110)内设置呈水平放置的第一气网(107)，所述第二气管(111)内设置呈水平放置的第二气网(108)。6.根据权利要求2所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述冷却结构包括相连的第一进水管(101)、第一出水管(102)以及相连的第二进水管(103)、第二出水管(104)，所述第一进水管(101)、第一出水管(102)位于所述第一腔体(116)内，所述第二进水管(103)、第二出水管(104)位于所述第二腔体(117)内。7.根据权利要求1所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述送丝装置(2)包括：上下调节螺母(201)，设在所述固定板(3)上，用于在竖直方向调节所述送丝嘴(206)的位置；左右调节螺母(202)，设在所述上下调节螺母(201)上，用于在水平方向调节所述送丝嘴(206)的位置；角度调节螺母(204)，设在所述左右调节螺母(202)上，用于调节所述送丝嘴(206)的倾斜角度；加长送丝管(205)，设在所述角度调节螺母(204)上且与所述送丝嘴(206)的进口端相连，所述加长送丝管(205)的进口端设置送丝软管接口(203)，用于将外接的热丝或者振动的焊丝(207)送至所述送丝嘴(206)。8.根据权利要求7所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述固定板
(3)设置滑动组件(301)，所述送丝装置(2)可沿所述滑动组件(301)滑动且通过固定块(208)与所述滑动组件(301)固定连接。9.根据权利要求8所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述用于tig焊接的集成式双钨极焊炬还包括ccd相机，所述固定板(3)设置用于固定所述ccd相机的固定组件(302)，所述固定组件(302)位于所述滑动组件(301)的一侧。10.根据权利要求9所述的用于tig焊接的集成式双钨极焊炬，其特征在于，所述固定板(3)设置第一滑槽(303)，第一滑槽(303)位于所述滑动组件(301)远离所述固定组件(302)的一侧，所述双钨极焊枪(1)通过螺栓固定在所述第一滑槽(303)内。

技术总结
本发明提供了一种用于TIG焊接的集成式双钨极焊炬，包括固定板，所述固定板上设置送丝装置及双钨极焊枪，所述送丝装置包括可在三维空间移动的送丝嘴，用于向所述双钨极焊枪输送焊丝；所述双钨极焊枪包括可转动的第一钨极、第二钨极，所述第一钨极、第二钨极在靠近所述焊丝一端的相对位置可调。本发明所述用于TIG焊接的集成式双钨极焊炬可根据需要快速调整第一钨极、第二钨极的相对位置以满足不同工况尤其是超厚窄间距钛合金的焊接需求；根据焊接板材尺寸来调整集成式双钨极焊炬的位置、姿态，适应性强。适应性强。适应性强。


技术研发人员：贾晓飞 杨旭光 符成学 刘希林 邱胜闻 韩林举
受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/14