专利名称：一种具有送粉送气功能的焊炬的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接设备的辅具，尤其涉及一种具有送粉送气功能的焊炬；属于焊接设备领域。
背景技术：
气体保护焊是采用气体保护焊接区免受空气污染的焊接方法，其焊炬带有送气装置，可以调节气体的流量，如果加上配比器则可以改变气体的成分。目前，气体保护焊接的焊炬只具有送气功能，如申请号为01803632.5的专利“焊炬和导电嘴”，申请号为 94115239. I的专利“电弧焊焊炬或者电弧切割焊炬”等。随着工业界对高效化焊接技术要求的日益增强，大电流高熔敷速度气体保护焊技术受到人们的重视。随着焊接电流的增大，焊接材料的熔化速度会明显提高。当焊接电流超过旋转射流过渡的临界电流时，熔滴过渡变为不稳定的旋转射流过渡形式，此时产生大量的飞溅，且大颗粒飞溅占有较大比例，焊缝成型极差，工作条件恶劣，无实际应用价值。飞溅不仅浪费焊接材料，而且工件表面飞溅物的清理也增大了工作量，使工件的表面质量变差， 甚至影响工件的正常使用。降低大电流气体保护焊的飞溅，改善焊缝成型成为推广该工艺需要解决的关键技术。埋弧焊是常用的高熔敷速度焊接方法，采用熔渣保护，由于设备笨重，使用的灵活性较差，特别是不适于全位置焊接，极大地影响了其应用范围。埋弧焊由于熔渣的保护作用，焊缝成型美观，无飞溅。药芯焊丝由于只有外侧的钢带导电，在相同焊接电流下，其熔化速度远高于实心焊丝。药芯焊丝的药粉也可以通过合理设计，实现气渣联合保护，达到稳定电弧、降低飞溅、 改善焊缝成形的目的。但药芯焊丝大电流焊接时，要求有较高的送丝速度，由于其刚度比实心焊丝差，其送丝性能不如实心焊丝顺畅，影响焊接过程的稳定性。另外，药芯焊丝的制造成本较高，使其应用受到一定限制。开发一种具有送粉送气双重功能的焊炬，采用现有的气体保护焊接设备，使用实心焊丝实现气渣联合保护，对于大电流焊接条件下，实现电弧稳定、飞溅少、焊缝成型美观、 提高焊接生产率，降低焊接生产成本具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种具有送粉送气功能的焊炬。本发明的技术构思是设计一种具有送气送粉双功能的焊炬，焊接时将特定成分的药粉送入气体保护焊的焊接电弧区，通过药粉中的稳弧剂、表面活性剂、脱氧剂等，达到稳定电弧、细化熔滴、降低飞溅、改善焊缝成型的目的。本发明所述具有送粉送气功能的焊炬，其特征在于所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体,其内孔直径为Φ42πιπι Φ60πιπι，喷嘴内设有导电杆、导
3电嘴、送粉管和气室，连接件为一直径Φ42ι πι Φ60ι πι的圆盘，圆盘高度为20mm 28mm ； 其中，所述导电杆为外径是Φ6πιπι Φ7πιπι的圆柱体，位于焊炬的中心线上，导电杆设有内孔直径为Φ2πιπι Φ4πιπι的焊丝通道，导电杆的近喷嘴端安装有导电嘴，导电嘴有内孔直径为Φ0. 8mm Φ2. 4mm的焊丝通道且与导电杆的焊丝通道贯通，导电杆的外侧设有厚度为 Imm 2mm的绝缘层，并以绝缘层与连接件结合，在绝缘层的外侧，对称导电杆的中心线各设置有内径为Φ2πιπι Φ4πιπι的送粉管，送粉管的中心线与导电杆的中心线之间的距离为
8.5mm 12mm，送粉管穿越连接件上的通孔并固定于连接件上，送粉管的近喷嘴端(即出粉端)朝向导电嘴通道中心线(即焊丝)方向成弯管形，弯管的角度为90° 135°，且送粉管出粉端缩于喷嘴内，出粉口距离喷嘴端面的距离为20mm 45mm，送粉管的外侧与喷嘴内壁之间的连接件上设有一环形气室，气室朝向喷嘴端的面上设有气筛，气筛上均匀分布有通孔，气室中气筛面的对面对称于连接件中心线的位置开有两个通孔连接送气管。其中，上述送粉管出粉端朝向焊丝通道中心线方向成弯管形，弯管的角度优选 105。 120。。上述气室中气筛面的对面对称于连接件中心线位置的两个通孔位于连接件上；所述连接送气管的通孔中心线与送粉管的中心线在一个平面上或不在一个平面上，若不在一个平面上，连接送气管的通孔中心线所在的平面优选与送粉管的中心线所在的平面垂直。上述焊炬的结构示意图见图1，原理图见图2。图中标示连接件I、送粉管2、绝缘体3、导电杆4、送气管5和11、气室6、气筛7、 喷嘴8、导电嘴9。应用本发明所述具有送粉送气功能的焊炬焊接时，焊丝通过导电杆4、导电嘴9送入焊接区，并与工件产生电弧；导电杆4与连接件11之间设有绝缘体，使焊接电流仅沿导电杆与导电嘴、焊丝流入焊接区，保证焊工的安全；药粉通过送粉管2送入焊接区，向焊缝过渡合金元素或者造渣、造气；保护气体通过两个送气管5和11，将保护气体送入气室6，再经过气筛7送入焊接区，气筛可以使保护气体均匀、呈层流。具体的，本发明所述焊炬的主要结构、尺寸及应用描述如下焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ6πιπι Φ7πιπι的圆柱体，导电杆内孔直径为Φ2 Φ4πιπι，比所用焊丝直径大2mm以上，导电杆圆柱体与其内孔中心线重合。导电杆采用紫铜或黄铜材料制作。导电杆与连接件之间设有绝缘层，绝缘层的厚度为Imm 2_，绝缘体可以选用耐高温的任意材料，如橡胶、塑料、塑胶等。导电杆的近喷嘴端设有安装导电嘴的螺纹孔，螺纹孔的中心线与导电杆中心线重合，螺纹的公称直径为M3 M4(即 3mm 4mm)，高度为5mm 8mm，导电嘴配合于导电杆上，导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。两个送粉管对称安装在导电杆的两侧，送粉管通过连接件上两个直径为Φ5_ Φ7ι πι的通孔固定于连接件上,送粉管的内径为C>2mm C>4mm。送粉管的中心线与导电杆的中心线平行，与导电杆中心线位于同一个平面内，两中心线之间的距离为8. 5mm 12mm。 送粉管的出粉端，设计成弯管形式，弯管的角度为90° 135°，并向焊丝轴线方向弯曲， 使药粉喷向焊丝方向，以免药粉喷到喷嘴内侧，粘到喷嘴上，影响正常焊接。另外，喷粉管出粉侧的弯管设计，也可以降低电弧对药粉的加热效应，避免粉末熔化堵塞送粉管。送粉管可选用任意材料制作，优选奥氏体不锈钢或马氏体不锈钢或紫铜或铬锆铜。送粉管出粉端内缩于喷嘴内，其出粉口距离喷嘴端面的距离为20mm 45mm，送粉器采用现有的射吸式送粉器。保护气的气室设在连接件上，设置气室的目的是使气流均匀、呈层流从气筛喷出。 如图I所示气室为一环形槽，环形槽的径向截面为长方形，环形槽是该长方形沿连接件的中心线(即导电杆的中心线)旋转一周形成的旋转体。径向截面长方形的径向边长为 7mm IOmm,垂直于径向的轴向边长为16mm 24mm,轴向边长由连接件的轴向厚度确定。 环形槽径向截面的长方形轴向边距离连接件上送粉管孔壁的最小距离为2mm 3mm。环形槽位于上表面一侧开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合,直径为Φ3_ Φ6_，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的中心。环形槽位于下表面的一侧安装气筛，气筛与连接件采用常规的机械连接方式连接。 气筛的高度为3_ 5_，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布， 通孔直径为Φ1_ Φ3_，相邻通孔中心线之间的距离为其直径加2_。连接件I为一直径Φ42ι πι C>60mm的圆盘，圆盘的高度为20mm 28mm,连接件的材料选用紫铜或黄铜，优选紫铜，以利于散热。连接件安装导电嘴的一侧为下表面，另一侧为上表面，连接件的中心线垂直于上、下表面。喷嘴安装在连接件上，喷嘴可用任意材料制作，优选紫铜或铬锆铜或不锈钢，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ 42mm Φ 60mm,与连接件配合。本发明的实施具有如下明显效果(I)本专利焊炬可以实现向焊接区同时输送保护气和药粉，且药粉和保护气的流量和成分可调。通过调整药粉成分可以实现不同目的的焊接，克服了目前焊炬只输送保护气，无法提高焊接工艺性能、难以实现气渣联合保护、获得特殊性能焊缝金属的弊端。(2)本专利焊炬可以采用现在广泛应用的普通气体保护焊设备，便于推广，降低了焊接设备更新费用。(3)本专利焊炬可以采用实心焊丝焊接，通过在药粉中添加表面活性元素改善熔滴表面状态，实现稳定电弧、降低大电流焊接飞溅、改善焊缝成型的目的，达到了昂贵药芯焊丝所具备的工艺性能指标，具有成本低廉、送丝顺畅等优点。(5)本专利焊炬可以采用普通低碳钢实心焊丝，通过添加药粉对焊缝金属进行合金化，从而获得高强度高韧性的焊缝金属，或者高耐磨、耐高温等特殊性能堆焊金属，显著降低了焊接生产成本。(6)本发明所用药粉原材料获得容易、成本低廉、容易推广。药粉成分调节方便，用户根据需要可以自行调整，以适应不同的被焊母材和应用工况，使用方便、灵活。而药芯焊丝药粉的成分只有焊接材料生产厂家才能调整，用户无法改变。实心焊丝的成分只有通过钢铁冶金企业才能调整，使用更加不便。
图I本发明所述焊炬的结构示意图。其中1_连接件2-送粉管3-绝缘体4-导电杆5-送气管6-气室7_气筛8-喷嘴9-导电嘴10-焊丝11-送气管。图2本发明所述焊炬的原理图。
其中2_送粉管8-喷嘴9-导电嘴10-焊丝。
具体实施例方式下面结合图I对本发明所述具有送粉送气功能的焊炬作进一步阐述。本发明所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ42ι πι Φ60ι πι,喷嘴内设有导电杆、导电嘴、送粉管和气室，连接件为一直径 0 42mm C>60mm的圆盘，圆盘高度为20mm 28mm ;其中，所述导电杆为外径是Φ6ι πι Φ7πιπι的圆柱体，位于焊炬的中心线上，导电杆设有内孔直径为Φ2πιπι Φ4πιπι的焊丝通道且与导电杆的焊丝通道贯通，导电杆的近喷嘴端安装有导电嘴，导电嘴有内孔直径为 Φ0. 8mm Φ2. 4mm的焊丝通道,导电杆的外侧设有厚度为Imm 2mm的绝缘层，并以绝缘层与连接件结合，在绝缘层的外侧，对称导电杆的中心线各设置有内径为Φ2πιπι Φ4_的送粉管,送粉管的中心线与导电杆的中心线之间的距离为8. 5mm 12mm，送粉管穿越连接件上的通孔并固定于连接件上，送粉管的近喷嘴端即出粉端朝向导电嘴通道中心线即焊丝方向成弯管形，弯管的角度为90° 135°，且送粉管出粉端缩于喷嘴内，出粉口距离喷嘴端面的距离为20mm 45mm，送粉管的外侧与喷嘴内壁之间的连接件上设有一环形气室，气室朝向喷嘴端的面上设有气筛，气筛上均匀分布有通孔，气室中气筛面的对面对称于连接件中心线的位置开有两个通孔连接送气管。实施例I :焊炬的结构见图I。具体尺寸如下焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ6πιπι的圆柱体，导电杆内孔直径为Φ3mm，导电杆采用紫铜制作。导电杆与连接件之间绝缘层的厚度为1mm，绝缘体选用耐高温橡胶。导电杆下表面螺纹孔的公称直径为M3 (即3_)，高度为5mm，与导电嘴配合，导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。两个送粉管对称安装在导电杆的两侧，送粉管通过连接件上两个直径为Φ5_的通孔固定于连接件上，送粉管的内径为Φ2_。送粉管的中心线与导电杆的中心线平行，与导电杆中心线位于同一个平面内，两中心线之间的距离为8. 5mm。送粉管的出粉端，设计成弯管形式，弯管的角度为90°，并向焊丝轴线方向弯曲。送粉管选用奥氏体不锈钢材料制作。送粉管出粉端内缩于喷嘴内，其出粉口距离喷嘴端面的距离为20mm，送粉器采用现有的射吸式送粉器。保护气的气室径向截面长方形的径向边长为7mm，垂直于径向的轴向边长为 16mm。环形槽径向截面的长方形轴向边距离连接件上送粉管孔壁的最小距离为2mm。环形槽位于上表面一侧开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合，直径为Φ 3_，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的中心。环形槽位于下表面的一侧安装气筛，气筛与底座采用常规的机械连接方式连接。气筛的高度为3_，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布，通孔直径为Φ1_， 相邻通孔中心线之间的距离为3mm。连接件I为一直径Φ44ι πι的圆盘，圆盘的高度为20mm,连接件的材料选用紫铜。连接件上送气管的通孔中心线和送粉管的通孔中心线在一个平面上。喷嘴安装在连接件上，喷嘴材料不锈钢，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ44。
焊丝采用直径I. 2mm的ER50-6实心焊丝(符合GB/T8110-2008)，导电嘴为由紫铜制成的与直径I. 2_焊丝匹配的市售产品。药粉以质量份计由以下粉末混合均匀制得金红石30份，钾长石8份，氟硅酸钠2份，钛铁3份，上述粉末的粒度为-80目 +200目。焊接保护气体为CO2，保护气体的流量为18L/min。送粉气为CO2，送粉气流量为7L/ min，焊接电流为520A，电压为40 42V，送粉量与焊丝熔化量的比值为O. 45。试验结果表明，电弧燃烧稳定、焊缝表明覆盖有一层厚度均匀的熔渣，焊缝成型美观，飞溅小，没有超过O. 8mm的大颗粒飞溅，飞溅率(飞溅物质量与熔敷金属质量的比值) 为 2. 4%。实施例2 焊炬的结构见图I。具体尺寸如下焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ7πιπι的圆柱体，导电杆内孔直径为Φ4mm，导电杆采用紫铜制作。导电杆与连接件之间绝缘层的厚度为2mm，绝缘体选用耐高温橡胶。导电杆下表面螺纹孔的公称直径为M4，高度为8mm，与导电嘴配合，导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。两个送粉管对称安装在导电杆的两侧，送粉管通过连接件上两个直径为Φ7_的通孔固定于连接件上，送粉管的内径为Φ4_。送粉管的中心线与导电杆的中心线平行，与导电杆中心线位于同一个平面内，两中心线之间的距离为12mm。送粉管的出粉端，设计成弯管形式，弯管的角度为135°，并向焊丝轴线方向弯曲。送粉管选用奥氏体不锈钢材料制作。送粉管出粉端内缩于喷嘴内，其出粉口距离喷嘴端面的距离为45mm，送粉器采用现有的射吸式送粉器。保护气的气室径向截面长方形的径向边长为10mm，垂直于径向的轴向边长为 24mm。环形槽径向截面的长方形轴向边距离连接件上送粉管孔壁的最小距离为2. 5mm。环形槽位于上表面一侧开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合,直径为Φ 6_，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的中心。环形槽位于下表面的一侧安装气筛，气筛与底座采用常规的机械连接方式连接。气筛的高度为5_，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布，通孔直径为Φ3_， 相邻通孔中心线之间的距离为5mm。连接件I为一直径Φ60πιπι的圆盘，圆盘的高度为28mm，连接件的材料选用黄铜。连接件上送气管的通孔中心线和送粉管的通孔中心线所在平面垂直。喷嘴安装在连接件上，喷嘴材料铬锆铜，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ60。焊丝采用直径1.2mm的ER50-4实心焊丝(符合GB/T8110-2008)，导电嘴为由紫铜制成的与直径I. 2_焊丝匹配的市售产品。药粉以质量份计由以下粉末混合均匀制得 金红石20份，钾长石8份，钛酸钾3份，氟硅酸钠5份，氟化钠I份，钛铁5份，氧化铈稀土 I份，上述粉末的粒度为-80目 +200目。焊接保护气体为CO2，保护气体的流量为25L/min。送粉气为富Ar混合气体Ar+5% CO2，送粉气流量为10L/min，焊接电流为550A，电压为42 44V，送粉量与焊丝熔化量的比值为0.5。试验结果表明，电弧燃烧稳定、焊缝表明覆盖有一层厚度均匀的熔渣，焊缝成型美观，飞溅小，没有超过Imm的大颗粒飞溅，飞溅率(飞溅物质量与熔敷金属质量的比值)为
73. 1%。实施例3 焊炬的结构见图I。具体尺寸如下焊炬的中心线上设有导电杆，导电杆是外径为Φ6. 5mm的圆柱体，导电杆内孔直径为Φ2. 5mm，导电杆采用紫铜制作。导电杆与连接件之间绝缘层的厚度为I. 5mm，绝缘体选用耐高温塑胶。导电杆下表面螺纹孔的公称直径为M3 (即公称直径3mm)，高度为6mm，与导电嘴配合，导电嘴选用市售的气体保护焊用导电嘴。两个送粉管对称安装在导电杆的两侧，送粉管通过连接件上两个直径为Φ6πιπι的通孔固定于连接件上，送粉管的内径为Φ3_。送粉管的中心线与导电杆的中心线平行，与导电杆中心线位于同一个平面内，两中心线之间的距离为10mm。送粉管的出粉端，设计成弯管形式，弯管的角度为105°，并向焊丝轴线方向弯曲。送粉管选用奥氏体不锈钢材料制作。送粉管出粉端内缩于喷嘴内，其出粉口距离喷嘴端面的距离为30mm，送粉器采用现有的射吸式送粉器。保护气的气室径向截面长方形的径向边长为8mm，垂直于径向的轴向边长为 20mm。环形槽径向截面的长方形轴向边距离连接件上送粉管孔壁的最小距离为2mm。环形槽位于上表面一侧开两个对称于连接件中心线的通孔，用于安装送气管，通孔的直径与送气管配合,直径为Φ 4_，通孔的中心线平行于连接件的中心线，位于长方形截面的中心。环形槽位于下表面的一侧安装气筛，气筛与底座采用常规的机械连接方式连接。气筛的高度为3_，气筛上开有中心线与连接件中心线平行的通孔，通孔均匀分布，通孔直径为Φ2_， 相邻通孔中心线之间的距离为4mm。连接件I为一直径Φ50ι πι的圆盘，圆盘的高度为24mm,连接件的材料选用紫铜。连接件上送气管的通孔中心线和送粉管的通孔中心线在一个平面上。喷嘴安装在连接件上，喷嘴材料不锈钢，喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ 50。焊丝采用直径I. 2mm的ER50-6实心焊丝(符合GB/T8110-2008)，导电嘴为由紫铜制成的与直径I. 2_焊丝匹配的市售产品。药粉以质量份计由以下粉末混合均匀制得金红石30份，钾长石5份，钛酸钾I份，氟硅酸钠I份，钛铁2份，氧化铈稀土 2份，上述粉末的粒度为-80目 +200目。焊接保护气体为CO2,保护气体的流量为20L/min。送粉气为富Ar混合气体 Ar+20% C02+5% O2，送粉气流量为15L/min，焊接电流为580A，电压为43 46V，送粉量与焊丝熔化量的比值为O. 65。试验结果表明，电弧燃烧稳定、焊缝表明覆盖有一层厚度均匀的熔渣，焊缝成型美观，飞溅小，没有超过Imm的大颗粒飞溅，飞溅率(飞溅物质量与熔敷金属质量的比值)为 3. 8%。
权利要求
1.一种具有送粉送气功能的焊炬，其特征在于所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ42_ Φ60_，喷嘴内设有导电杆、导电嘴、 送粉管和气室，连接件为一直径Φ42ι πι Φ60ι πι的圆盘，圆盘高度为20mm 28mm ;其中，所述导电杆为外径是Φ6πιπι Φ7πιπι的圆柱体，位于焊炬的中心线上，导电杆设有内孔直径为Φ2πιπι Φ4πιπι的焊丝通道，导电杆的近喷嘴端安装有导电嘴，导电嘴有内孔直径为Φ0. 8mm Φ2. 4mm的焊丝通道且与导电杆的焊丝通道贯通，导电杆的外侧设有厚度为 Imm 2mm的绝缘层，并以绝缘层与连接件结合，在绝缘层的外侧，对称导电杆的中心线各设置有内径为Φ2πιπι Φ4mm的送粉管，送粉管的中心线与导电杆的中心线之间的距离为 8. 5mm 12mm，送粉管穿越连接件上的通孔并固定于连接件上，送粉管的近喷嘴端即出粉端朝向导电嘴通道中心线即焊丝方向成弯管形，弯管的角度为90° 135°，且送粉管出粉端缩于喷嘴内，出粉口距离喷嘴端面的距离为20mm 45mm，送粉管的外侧与喷嘴内壁之间的连接件上设有一环形气室，气室朝向喷嘴端的面上设有气筛，气筛上均匀分布有通孔， 气室中气筛面的对面对称于连接件中心线的位置开有两个通孔连接送气管。
2.如权利要求I所述具有送粉送气功能的焊炬，其特征在于所述送粉管出粉端朝向导电嘴通道中心线方向成弯管形，弯管的角度为105° 120°。
3.如权利要求I所述具有送粉送气功能的焊炬，其特征在于上述气室中气筛面的对面对称于连接件中心线位置的两个通孔位于连接件上；所述连接送气管的通孔中心线与送粉管的中心线在一个平面上或不在一个平面上，若不在一个平面上，连接送气管的通孔中心线所在的平面与送粉管的中心线所在的平面垂直。
全文摘要
本发明公开了一种具有送粉送气功能的焊炬，所述焊炬的形状为圆柱体，由喷嘴与连接件构成；喷嘴为圆柱体，其内孔直径为Φ42mm～Φ60mm，喷嘴内设有导电杆、导电嘴、送粉管和气室，连接件为一直径Φ42mm～Φ60mm的圆盘，圆盘高度为20mm～28mm。利用本发明所述的焊炬焊接时，能将特定成分的药粉送入气体保护焊的焊接电弧区，通过药粉中的稳弧剂、表面活性剂、脱氧剂等，达到稳定电弧、细化熔滴、降低飞溅、改善焊缝成型的目的。
文档编号B23K9/26GK102601505SQ20121010322
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者孙俊生, 孙逸群, 王好猛 申请人:山东大学