一種基于窄間隙氣保自動(dòng)焊的焊槍設(shè)計(jì)

2013-12-23 04:33:00唐志超

機(jī)械工程師 2013年2期

唐志超

（中國長江動(dòng)力集團(tuán)有限公司，武漢430074）

1 引言

窄間隙氣保自動(dòng)焊接具有節(jié)省焊接材料、縮短坡口焊接時(shí)間、減小焊接變形量等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于核電、造船等行業(yè)中的直、環(huán)縫的焊接。但由于窄間隙坡口窄而深，一般的普通氣保自動(dòng)焊槍根本不能伸入到焊接坡口底部。手動(dòng)焊槍雖然能將焊條（絲）伸入到窄間隙坡口底部，但是在焊接過程中，焊接員不能很好地控制焊條（絲）在坡口底部的移動(dòng)，造成焊接質(zhì)量差，焊接工作強(qiáng)度大。

窄間隙氣保自動(dòng)焊的重點(diǎn)之一就是焊槍，目前，國內(nèi)窄間隙氣保自動(dòng)焊的焊槍主要依靠國外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，損耗率高，大大增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。因此，設(shè)計(jì)一把適用于窄間隙焊接復(fù)雜工況的焊槍可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

圖1 普通焊槍外形圖

2 設(shè)計(jì)要求

圖2 焊接隔板結(jié)構(gòu)簡圖

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，要想能順利焊接該環(huán)縫，焊槍必須滿足以下四點(diǎn)要求：（a）槍身要扁平且足夠長，厚度H≤8mm，長度L≥120mm；（b）焊槍送絲方便，焊槍底部要有導(dǎo)電嘴；（c）焊接時(shí)坡口底部溫度高，散熱慢，焊槍要自帶冷卻功能；（d）焊接時(shí)坡口底部需要?dú)怏w保護(hù)，槍身要能輸送保護(hù)氣體到環(huán)縫底部。

3 焊槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 焊槍的總體構(gòu)成

為加工及裝配方便，我們將焊槍分成閥塊、冷卻水管、氣體保護(hù)管、通絲管、導(dǎo)電嘴五大主要部分，各部之間采用焊接和螺紋緊固的方式連接。結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

閥塊是焊槍的核心部件，焊絲、冷卻水、保護(hù)氣體均需從閥塊的接口通入到槍身中工作。

通氣管兩根，排列于閥塊的最外側(cè)，焊接時(shí)將保護(hù)氣體引入到焊縫坡口底部。

通水管四根，兩大兩小，排列于通絲管的兩側(cè)，焊接時(shí)通水管引導(dǎo)水流循環(huán)，帶走槍管焊接熱量，冷卻焊槍。

通絲管一根，置于最中間，起到引導(dǎo)焊絲進(jìn)入焊槍底部的作用。

導(dǎo)電嘴位于焊槍通絲管的最下端，靠螺紋緊固在通絲管上。

圖3 焊槍結(jié)構(gòu)圖

3.2 焊槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通絲管和通氣管的結(jié)構(gòu)比較簡單，直接將焊絲和保護(hù)氣體通過閥塊和細(xì)管引入到槍體下部即可。窄間隙氣保焊的焊絲主要為φ1.2mm 和φ1.6mm 兩種規(guī)格，所以通絲管的內(nèi)徑D≥1.6mm，考慮到通絲管底部要裝導(dǎo)電嘴，我們將通絲管的內(nèi)徑定為3mm。焊接時(shí)需要的保護(hù)氣體量較大，將通氣管內(nèi)徑定為6mm。

圖4 水循環(huán)冷卻原理圖

由于槍體要求厚度H≤8mm，且通絲管布置于通絲管兩側(cè)，決定了兩側(cè)冷卻水管不能在槍身下部直接連通使水循環(huán)。因此，我們巧妙地將兩側(cè)冷卻水管的連接循環(huán)調(diào)整到焊槍上部的閥塊當(dāng)中，通過大管套小管的方式，使兩側(cè)水冷管中的水在閥塊當(dāng)中連接循環(huán)起來，從而帶走焊接時(shí)焊槍表面的大量熱量。閥塊中水的循環(huán)冷卻原理圖見圖4。

3.3 焊槍的材料選用

由于焊接時(shí)，焊接坡口底部的溫度很高，導(dǎo)致焊槍表面的溫度急劇升高，若不及時(shí)將焊槍表面的高溫散出去，就有可能導(dǎo)致燒槍情況發(fā)生。而銅的導(dǎo)熱性很好，可以及時(shí)將焊槍表面的熱量通過水循環(huán)散出去。普通黃銅H85 具有較高的強(qiáng)度、良好的焊接和耐蝕性能，常用于冷凝和散熱用管、虹吸管、蛇形管、冷卻設(shè)備制件。因此我們選用普通黃銅H85 作為焊槍管的材質(zhì)。

導(dǎo)電嘴在焊槍的最底部，工作狀況比較惡劣，需要有良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐磨性能，而鉻鋯銅（CuCrZr）具有較高的強(qiáng)度和硬度，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐磨性、減磨性好，因此我們選擇鉻鋯銅（CuCrZr）作為導(dǎo)電嘴的材料。