一种窄间隙焊枪的制作方法

本实用新型属于窄间隙焊接设备技术领域，具体涉及一种窄间隙焊枪。

背景技术：

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。采用熔化气体保护焊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，当板厚为100mm时，窄间隙焊接比传统方法的埋弧焊生产效率高出50％，当板厚超过200mm时，窄间隙焊接比埋弧焊生产效率高出2.5倍。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。

然而，在实际窄间隙焊接操作的过程中发现，如果选用常规圆形结构的普通焊枪，则可能由于枪体为圆柱形结构且直径尺寸过大而无法直达有效焊接位置，这样不仅导致保护气体在到达焊接位置前就出现发散，使气体保护效果大幅度降低，而且可能根本无法进行有效的窄间隙焊接操作；如果选用薄而高的常规窄间隙焊枪进行焊接操作，就可以利用扁平的枪体部分将保护气体有效输送至焊接位置，但却又发现位于焊接前端位置的高速保护气体与焊缝底部接触时极易形成涡流而将外界空气卷入，影响焊接接头的质量。

技术实现要素：

为了解决采用常规窄间隙焊枪进行窄间隙焊接操作时，由于保护气体输出后容易形成涡流而卷入空气导致焊接接头质量差的问题，本实用新型提出了一种窄间隙焊枪。该窄间隙焊枪，包括平板型结构的枪体，所述枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元、焊接单元和焊后单元；其中，所述焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道，所述焊接单元设有送丝通道和喷嘴，所述焊后单元设有第三保护气体通道；所述第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第三保护气体通道的出口指向焊缝位置。

优选的，该窄间隙焊枪的枪体为分体式结构，所述焊前单元、所述焊接单元和所述焊后单元采用可拆卸式连接。

进一步优选的，所述焊前单元和所述焊后单元分别与所述焊接单元采用绝缘连接。

进一步优选的，所述焊前单元和所述焊后单元分别通过环氧树脂类胶粘剂与所述焊接单元进行固定连接。

优选的，所述第三保护气体通道设有多个出口，并且沿焊接方向依次分布设置。

优选的，所述第三保护气体通道的出口截面积大于其进口截面积。

进一步优选的，所述第三保护气体通道的出口向焊后方向倾斜设置。

优选的，所述焊前单元、所述焊后单元和所述焊接单元分别设有冷却通道，并且所述冷却通道为u形结构。

进一步优选的，所述焊后单元采用u形结构设计，并且位于u形槽的位置设有吸尘单元；所述吸尘单元设有多个吸尘孔，用于吸收焊接过程产生的废气尘埃。

优选的，所述焊前单元、所述焊接单元和所述焊后单元分别采用3d打印技术进行制备加工。

本实用新型的窄间隙焊枪与常规窄间隙焊枪相比较，具有以下有益效果：

1、在本实用新型的窄间隙焊枪中，通过在焊前单元的最前端位置设置指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系的第一保护气体通道进行焊前保护气体的输出，这样利用第一保护气体通道输出的焊前保护气体可以形成气体隔膜，避免由第二保护气体通道输出的焊前保护气体形成涡流而卷入空气，从而有效解决了将空气卷入焊接区域的问题，达到提高保护气体对焊接的保护效果以及由此获得的焊接接头质量。

2、在本实用新型的窄间隙焊抢中，通过将组成焊枪的焊前单元、焊接单元和焊后单元设计为分体式结构，不仅可以实现单个单元的标准化生产制造，降低制造成本，而且在使用过程中还可以对个别单元进行快速拆装更换，调整窄间隙焊枪的结构形式，从而满足不同工况的使用。

3、在本实用新型的窄间隙焊抢中，通过设置u形冷却管道，使冷却管道内的冷却液可以流经整个焊枪的大部分区域位置，从而带走更多的热量，获得对窄间隙焊枪更好的控温效果。

附图说明

图1为本实施例中窄间隙焊枪的枪体外形结构示意图；

图2为本实施例中窄间隙焊枪的枪体截面示意图；

图3为对本实施例中窄间隙焊枪进行保护气体流体力学气体轨迹线模拟获得的气体轨迹模拟示意图；

图4为对对比例1中窄间隙焊枪进行保护气体流体力学气体轨迹线模拟获得的气体轨迹模拟示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行详细介绍。

结合图1和图2所示，本实施例的窄间隙焊枪包括平板型结构的枪体，并且枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3。

焊前单元1设有用于同时引入焊前保护气体的第一保护气体通道11和第二保护气体通道12。其中，在本实施例中，采用共同的输入部分进行焊前保护气体的引入，而第一保护气体通道11和第二保护气体通道12则直接作为焊前保护气体的两个输出部分，这样就可以减少在焊前单元中对相同气体通道的重复设置，优化焊前单元的结构设计。焊接单元2中设有用于引入焊丝的送丝通道21和喷嘴22，并且喷嘴22通过螺纹连接的方式固定在送丝通道21的端部，以便于进行两者之间的快速拆装更换。焊后单元3则设有用于引入焊后保护气体的第三保护气体通道31。第一保护气体通道11的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系，第二保护气体通道12的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系，例如分布在40°～55°的范围内，第三保护气体通道31的出口指向焊缝方向。

借助solidworks软件对采用本实施例结构的窄间隙焊枪进行保护气体的流体力学气体轨迹模拟分析，获得如图3所示的气体轨迹线模拟示意图，同时采用相同的方法对对比例1中的窄间隙焊枪进行保护气体的流体力学气体轨迹模拟分析，并获得图4所示的气体轨迹线模拟示意图。其中，对比例1中窄间隙焊枪与本实施例中窄间隙焊枪的区别仅在于：对比例1中的窄间隙焊枪没有开设第一保护气体通道。

结合图3和图4所示，通过本实施例和对比例1之间的模拟分析比对可知，通过在焊枪最前端位置设置指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系的第一保护气体通道进行部分焊前保护气体的输出，可以直接在焊枪的焊接前侧区域形成一个气体隔膜，用于隔离焊接前端的空气进入焊接区域，同时在第一保护气体通道输出焊前保护气体的气压力作用下，可以使第二保护气体通道输出的焊前保护气体全部流向焊后方向，从而避免第二保护气体通道输出的焊前保护气体在焊接区域形成涡流而卷入空气，有效解决将空气卷入焊接区域的问题，提高保护气体对焊接过程的保护作用，保证由此获得的焊接接头质量。

结合图1和图2所示，本实施例中窄间隙焊枪的枪体采用分体式结构设计，并且焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3之间分别采用可拆卸式连接。这样，不仅可以实现单个单元的标准化生产制造，降低制造成本，而且在使用过程中还可以对单个单元进行快速拆装更换，例如单独替换焊接单元从而实现对不同直径尺寸焊丝的输送，满足该焊枪在多种不同工况下的使用。

在本实施例中，焊前单元1和焊后单元3分别与焊接单元2进行绝缘连接，例如选用环氧树脂类胶粘剂进行粘固连接，这样可以同时实现三者之间的固定连接以及绝缘处理，从而避免焊接单元中存在的焊接电流扩散至焊前单元或焊后单元，而对焊接操作产生安全隐患。

在其他实施例中，根据设计要求，焊前单元和焊后单元还可以直接采用耐高温的绝缘材质进行加工制作，从根本上避免焊前单元和焊后单元的导电隐患，同样还可以直接选择耐高温塑料材质的滑槽进行焊前单元和焊后单元分别与焊接单元的插装连接，这样既便于拆装，也可以实现绝缘保护。

结合图2所示，在本实施例中，将第三保护气体通道31的出口设置为多出口形式，并且多个出口沿焊接方向依次分布设置。这样，可以将焊后保护气体输送至更长的焊缝表面，从而实现对更大区域内焊缝的焊后保护，保证焊接接头的质量。

此外，在本实施例中，还将第三保护气体通道31的出口截面积设置为大于其进口截面积，以此达到对焊后保护气体经过出口输出时产生降压减速的效果，避免速度过大产生射流现象而卷入空气，造成对焊缝成形质量的影响，从而保证焊接接头的质量。同理，在本实施例中，优选的将第一保护气体通道31的出口设计为射流结构，提高其对焊前保护气体的输出速度和压力，从而获得更好的隔离空气效果。

进一步优选的，将第三保护气体通道的出口设置为指向焊后方向的倾斜状态，即第三保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系。这样，在整体焊枪移动速度很小的情况下，通过使第三保护气体通道输出的焊后保护气体主动沿着焊缝的表面流向焊后方向，可以避免在焊后局部位置由于焊后气体垂直焊缝输出或沿焊前方向输出而出现气体紊乱导致空气混入的问题，避免由于焊后接头快速大量接触空气而影响焊接接头的质量。

结合图2所示，在本实施例窄间隙焊枪枪体的焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3中还分别设有第一冷却管道13、第二冷却管道23和第三冷却管道32，用于对不同单元进行冷却降温，维持整个焊枪的枪体工作温度。优选的，针对本实施例中焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3均采用平板型结构的设计，将冷却管道设计为u形结构，以增加冷却管道在枪体内的分布区域面积，达到对整个枪体的降温、控温效果。其中，焊前单元1和焊后单元3中的冷却管道均穿过各自单元的底部区域以及与焊接单元2接触的区域，从而可以快速带走受热最严重的高温区域的热量，提高降温效率，同理，位于焊接单元2中的冷却管道则与送丝通道21保持平行设计，达到对焊接单元的最佳降温效果。

结合图2和图3所示，在本实施例中焊后单元采用u形结构设计，并且在u形槽的位置设有一个吸尘单元。在吸尘单元部分设有多个吸尘孔用于及时吸收焊接过程产生的废气和尘埃。在本实施例中，吸尘单元采用枝干形结构设计，包括一个沿竖直方向的主干以及多个与主干交叉连接的分支，并且多个分支沿主干长度方向依次分布固定，主干和分支均为中空结构，主干的上端与洗尘装置连接，分支与主干连通并且在分支上设有多个吸尘孔。这样，借助吸尘装置产生的吸力就可以通过分支上的吸尘孔将焊接过程中产生的废气和尘埃进行及时处理，避免尘埃飞溅对焊后位置的接头造成破坏。

此外，本实施例中的焊前单元、焊接单元和焊后单元还可以直接采用3d打印技术进行加工制备。例如，采用激光选区熔化设备进行打印制备，就可以快速准确完成各个单元内部复杂结构和气体管道的设计制造。其中，焊前单元和焊后单元可以采用316l奥氏体不锈钢+合金元素(1％mo+0.1％v)的材料打印制备，焊接单元则采用青铜+合金元素(6％al)的材料打印制备，从而获得优良的导热导电性能。同时，利用3d打印技术可以对局部细节结构进行准确制备的特点，就可以在单元内部增设支撑结构设计，例如在焊后单元的气体通道和冷却通道交接位置处增设分散的锥型支撑，以此提高焊后单元的结构强度，并且保证气体通道和冷却通道的准确加工。