[发明专利]一种压缩-自由复合大功率电弧喷嘴有效
申请号: | 201710724511.1 | 申请日: | 2017-08-22 |
公开(公告)号: | CN107378209B | 公开(公告)日: | 2019-05-24 |
发明(设计)人: | 刘祖明;邱嘉玉;左安琪;黄仕程;李旭 | 申请(专利权)人: | 天津大学 |
主分类号: | B23K9/26 | 分类号: | B23K9/26 |
代理公司: | 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 | 代理人: | 琪琛 |
地址: | 300350 天津市津南区海*** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 压缩 自由 复合 大功率 电弧 喷嘴 | ||
本发明属于焊接技术领域,公开了一种压缩—自由复合大功率电弧喷嘴,在铜喷嘴端部安装有喷嘴钨极,喷嘴钨极顶部嵌入并固定于铜喷嘴,喷嘴钨极环绕在压缩孔周围且伸出铜喷嘴,喷嘴钨极用于与被焊工件之间通电以形成自由电弧。本发明在铜喷嘴中心压缩孔周围增加喷嘴钨极,在喷嘴钨极和被焊工件之间增加一路电流产生自由电弧,增强焊接电弧功率,提高焊接速度,优化焊接效率,实现大功率等离子弧焊接。
技术领域
本发明属于焊接技术领域,具体的说,是涉及一种等离子弧焊接和切割焊枪喷嘴。
背景技术
现有等离子弧焊接和切割焊枪喷嘴中只有一个压缩孔,只能形成一路电弧。单孔喷嘴产生的等离子弧柱刚性大,接近于切割弧,焊接规范参数的变化影响较大,焊接规范区域窄。焊接过程中等离子弧的稳定性差,等离子弧仍属于一种气体放电现象,自由电弧的能量状态会受到气体成分、电极状态、焊接材料等多种不可控或完全不可控因素的影响,对于具有高能量密度的等离子弧来说,这种影响作用更为显著。因而,等离子弧对焊接工艺和规范参数的变化比较敏感,规范参数的波动、现场的干扰及焊枪的性能对焊接过程的稳定性影响较大,获得良好接头质量的合理规范参数区间窄、裕度小。
单一电流通道构造的电弧,只能依靠调节转移弧电流来调节电弧的热和力。一方面,单一压缩孔通过电流的能力有限,过大的电流会形成双弧,烧毁喷嘴;另一方面,强压缩电弧不利于形成稳定的穿孔焊接过程。焊接电流主要根据板厚或熔透的要求来选定。电流过小时,由于电弧能量和电弧力均达不到稳定穿孔焊接的数值,电弧能量不能均匀流畅地过渡到焊缝背面,难以形成小孔效应。随着电流增大,等离子射流速度、射流剪切力和等离子弧穿透能力随之增大,从而使小孔直径增加,同时熔池的温度梯度减小,表面张力梯度减小,背面熔宽和余高增大,正面熔宽增大余高减小。电流过大会使焊缝正面产生咬边缺陷,严重时造成熔池金属因孔径过大而坠落,难以形成合格焊缝,甚至引起双弧,损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。
VPPAW焊接铝合金中,高压缩电弧热源和电弧压力容易破坏熔池的受力平衡,恶化了熔池稳定性,容易形成烧穿和塌陷。针对这一问题,国内林三宝教授团队,对压缩喷嘴进行了优化设计,提出了柔性VPPAW工艺。常规水冷喷嘴中,只有中间的压缩孔,所有等离子体通过中间的压缩孔喷出,被压缩的弧柱弧压非常大。改进的喷嘴中,在中间压缩孔两侧开了两个对称的小孔,一部分等离子气流通过侧孔流出,弱化了中间压缩孔的压缩程度,从而减弱了电弧压力,有利于稳定熔池。针对于喷嘴容易产生双弧的问题,德国 TechnischeUniversiteit Delft大学对中间压缩孔的气道进行改进。在常规喷嘴的中心压缩孔周围开了多条径向微细孔,在微细孔内通入一定流速的氩气,氩气不仅增加了对中间等离子弧柱的压缩效果,而且很好地消除了双弧现象。以上两种改进,已经对喷嘴的结构进行部分改进,以提高PAW焊接的工艺适用性,然而所形成的电弧功率有限。
可见,现有等离子弧焊接和切割焊枪喷嘴中只有一个压缩孔,只能形成一路电弧。单一电流通道构造的电弧,只能依靠调节转移弧电流来调节电弧的热和力。一方面,单一压缩孔通过电流的能力有限,容易形成双弧;另一方面,强压缩电弧不利于形成稳定的穿孔过程。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种压缩—自由复合大功率电弧喷嘴,主要应用于压缩—自由复合电弧等离子弧焊接系统中,在铜喷嘴中心压缩孔周围增加喷嘴钨极,在喷嘴钨极和被焊工件之间增加一路电流产生自由电弧,增强焊接电弧功率,提高焊接速度,优化焊接效率,实现大功率等离子弧焊接。
本发明通过以下的技术方案予以实现:
一种压缩—自由复合大功率电弧喷嘴,包括铜喷嘴,所述铜喷嘴端部安装有环绕在所述铜喷嘴的压缩孔周围的喷嘴钨极,所述喷嘴钨极顶部嵌入并固定于所述铜喷嘴,所述喷嘴钨极用于与被焊工件之间通电以形成自由电弧。
优选地,所述喷嘴钨极伸出于所述铜喷嘴端面的长度为1-2mm。
优选地,所述喷嘴钨极为环状,其外径为5-8mm,厚度为1-2mm。
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