一種基于窄間隙氣保自動焊的焊槍設計

2013-12-23 04:33:00唐志超

機械工程師 2013年2期

唐志超

（中國長江動力集團有限公司，武漢430074）

1 引言

窄間隙氣保自動焊接具有節省焊接材料、縮短坡口焊接時間、減小焊接變形量等諸多優點，因此被廣泛應用于核電、造船等行業中的直、環縫的焊接。但由于窄間隙坡口窄而深，一般的普通氣保自動焊槍根本不能伸入到焊接坡口底部。手動焊槍雖然能將焊條（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，造成焊接質量差，焊接工作強度大。

窄間隙氣保自動焊的重點之一就是焊槍，目前，國內窄間隙氣保自動焊的焊槍主要依靠國外進口，價格昂貴，損耗率高，大大增加了產品的生產成本。因此，設計一把適用于窄間隙焊接復雜工況的焊槍可以降低產品的生產成本。

圖1 普通焊槍外形圖

2 設計要求

圖2 焊接隔板結構簡圖

根據上述數據可知，要想能順利焊接該環縫，焊槍必須滿足以下四點要求：（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，焊槍底部要有導電嘴；（c）焊接時坡口底部溫度高，散熱慢，焊槍要自帶冷卻功能；（d）焊接時坡口底部需要氣體保護，槍身要能輸送保護氣體到環縫底部。

3 焊槍的結構設計

3.1 焊槍的總體構成

為加工及裝配方便，我們將焊槍分成閥塊、冷卻水管、氣體保護管、通絲管、導電嘴五大主要部分，各部之間采用焊接和螺紋緊固的方式連接。結構示意圖見圖3。

閥塊是焊槍的核心部件，焊絲、冷卻水、保護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，焊接時將保護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，焊接時通水管引導水流循環，帶走槍管焊接熱量，冷卻焊槍。

通絲管一根，置于最中間，起到引導焊絲進入焊槍底部的作用。

導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 焊槍結構圖

3.2 焊槍的結構設計

通絲管和通氣管的結構比較簡單，直接將焊絲和保護氣體通過閥塊和細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 兩種規格，所以通絲管的內徑D≥1.6mm，考慮到通絲管底部要裝導電嘴，我們將通絲管的內徑定為3mm。焊接時需要的保護氣體量較大，將通氣管內徑定為6mm。

圖4 水循環冷卻原理圖

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

3.3 焊槍的材料選用

由于焊接時，焊接坡口底部的溫度很高，導致焊槍表面的溫度急劇升高，若不及時將焊槍表面的高溫散出去，就有可能導致燒槍情況發生。而銅的導熱性很好，可以及時將焊槍表面的熱量通過水循環散出去。普通黃銅H85 具有較高的強度、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、冷卻設備制件。因此我們選用普通黃銅H85 作為焊槍管的材質。

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