專利名稱：一種用于空心陰極真空電弧焊接的非接觸引弧焊槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)，涉及一種可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定引弧的用于空心陰極真 空電弧焊接的非接觸弓I弧焊槍。
背景技術(shù)：
空心陰極真空電弧焊接技術(shù)(Hollow Cathode Vacuum Arc Welding, HCVAW)是一項(xiàng)新穎的焊接工藝方法。真空電弧是一種局部加熱的熱 源，小電流條件下，電弧呈"錐形"發(fā)散狀，可作為局部熱源進(jìn)行小面 積的真空釬焊，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的制造和修復(fù)中有著廣泛的應(yīng)用 前景；大電流條件下，電弧呈"柱狀"，能量積聚性好，可作為熔焊熱 源，進(jìn)行各種難熔、易氧化金屬在真空條件下的高質(zhì)量焊接。
空心陰極焊槍，是空心陰極真空電弧焊接方法中的核心部件，其性 能的好壞，直接關(guān)系著真空電弧燃燒的穩(wěn)定性和可靠性，影響真空電弧 焊接的質(zhì)量。
空心陰極真空電弧焊接的引弧方法主要有三種接觸引弧、非接觸 加熱引弧和高頻引弧。在空心陰極電弧放電中，接觸引弧易損壞陰極， 其碎粒落入焊縫中，易造成夾雜；同時(shí)，在真空中電場(chǎng)強(qiáng)度比空氣中高， 有可能在電極材料蒸汽中形成電弧。接觸引弧時(shí)，若焊槍冷卻的效果不 好，或真空室內(nèi)真空度低，放電就很可能會(huì)在焊槍槍體、儀器導(dǎo)線等位 置處產(chǎn)生，即產(chǎn)生所謂的"冷電弧"，這種冷電弧具有極大的破壞性。 與接觸引弧方法相比，非接觸引弧具有成功率高、空心陰極壽命長(zhǎng)等優(yōu) 點(diǎn)。
中國(guó)專利《雙凹形模片空心陰極焊槍》(公開號(hào)CN2351236)公開 了一種雙凹形模片空心陰極焊槍(見圖1)，在它的槍體16上接有進(jìn)水 管ll、出水管12、氣管13，其槍體16下部裝有空心陰極101，在陰極 101的頭部裝有帶小孔的雙凹形膜片103;另外在陰極101周圍還設(shè)置 有加熱元件。由于在陰極內(nèi)部裝有帶小孔的雙凹形膜片，對(duì)電弧進(jìn)行壓 縮，電弧能量密度可以滿足焊縫熔化的要求，且陰極不會(huì)被電弧熔透或 變形；加熱元件使陰極獲得電子熱發(fā)射能力，可多次起弧。但由于該專利中涉及的焊槍結(jié)構(gòu)中，加熱空心陰極的元件在引弧后不能移開，電弧 工作中空心陰極的高溫輻射，容易造成加熱元件的損毀；同時(shí)空心陰極
暴露在電弧蒸汽中，易受到被焊金屬材料蒸汽污染，使得空心陰極焊槍 性能降低、空心陰極的壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高空心陰極焊槍的性能、延長(zhǎng)空心陰極 使用壽命的一種用于空心陰極真空電弧焊接的非接觸引弧焊槍。本發(fā)明
的技術(shù)解決方案是，焊槍包括空心陰極、外筒支座、內(nèi)筒支座、焊槍 外筒組件、焊槍內(nèi)筒組件、絕緣套。空心陰極直接插在外筒支座和內(nèi)筒 支座的中心孔上；外筒支座置于焊槍外筒組件中外底板的中心孔上，內(nèi)
筒支座安裝在焊槍內(nèi)筒組件中內(nèi)底板的下中心孔上。焊槍外筒組件包 括，空心筒壁、外底板、外筒進(jìn)水管、外筒出水管和外筒接線端子，外 筒進(jìn)水管通過空心筒壁上方的孔，深入到空心筒壁的夾層中，外筒出水 管置于空心筒壁右側(cè)上方，外筒進(jìn)水管、外筒出水管與空心筒壁的空腔 形成循環(huán)水路，外筒接線端子與空心筒壁外壁焊接；焊槍內(nèi)筒組件包括 筒壁、進(jìn)氣管、內(nèi)筒接線端子和內(nèi)筒進(jìn)水管及內(nèi)筒出水管，筒壁頂端開 有安裝進(jìn)氣管和內(nèi)筒進(jìn)水管的孔、內(nèi)筒出水管置于筒壁的右側(cè)上方，內(nèi) 筒進(jìn)水管和內(nèi)筒出水管與筒壁和內(nèi)底板形成的內(nèi)腔構(gòu)成循環(huán)水路，進(jìn)氣 管穿過筒壁頂端的孔與內(nèi)底板的上中心孔相接，內(nèi)筒接線端子與筒壁的 外壁焊接；焊槍外筒組件和焊槍內(nèi)筒組件之間由絕緣套隔開；外筒接線 端子和內(nèi)筒接線端子之間接入引弧輔助電路，引弧輔助電路由變壓器、 繼電器組成，變壓器的次級(jí)分別接于外筒接線端子和內(nèi)筒接線端子，變 壓器的初級(jí)經(jīng)繼電器與電源相接。
所述的空心陰極為鉭箔巻制成的空心管，巻制層數(shù)為3 4層，空 心陰極的長(zhǎng)度為40 80誦，空心陰極管內(nèi)徑為2 mm 6ram。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果
本發(fā)明采用空心陰極置于焊槍外筒組件和焊槍內(nèi)筒組件之間的封 閉系統(tǒng)中，避免了空心陰極暴露于電弧中而被金屬蒸汽的污染；焊槍外 筒組件和焊槍內(nèi)筒組件分別配有循環(huán)冷卻水路，徹底解決了真空條件下 易產(chǎn)生"冷電弧"的問題，冷卻效果好，電弧工作可靠性高，焊槍和空 心陰極壽命長(zhǎng)，保證了焊接控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作；本發(fā)明的焊槍結(jié)構(gòu)可
4以實(shí)現(xiàn)小電流條件下(6 8A)的非接觸引弧，避免了因引弧電流過 大造成陰極過燒，提高了陰極壽命；鉭箔巻制成的直筒空心陰極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、制造容易，成本低，易于實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，A是現(xiàn)有技術(shù)的體，B是陰極 頭部裝有帶小孔的雙凹形膜片； 圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明試驗(yàn)設(shè)備框圖。
具體實(shí)施例方式
焊槍的空心陰極3直接插在外筒支座2和內(nèi)筒支座4的中心孔上； 外筒支座2置于焊槍外筒組件中外底板20的中心孔上，內(nèi)筒支座4安 裝在焊槍內(nèi)筒組件中內(nèi)底板19的下中心孔上。焊槍外筒組件包括，空 心筒壁5、外底板20、外筒進(jìn)水管6、外筒出水管14和外筒接線端子 13，外筒進(jìn)水管6通過空心筒壁5上方的孔，深入到空心筒壁5的夾層 中，外筒出水管14置于空心筒壁5右惻上方，外筒進(jìn)水管6、外筒出水 管14與空心筒壁5的空腔形成循環(huán)水路，外筒接線端子13與空心筒壁 5外壁焊接；焊槍內(nèi)筒組件包括筒壁8、進(jìn)氣管IO、內(nèi)筒接線端子12 和內(nèi)筒進(jìn)水管9及內(nèi)筒出水管11，筒壁8頂端開有安裝進(jìn)氣管10和內(nèi) 筒進(jìn)水管9的孔、內(nèi)筒出水管11置于筒壁8的右側(cè)上方，內(nèi)筒進(jìn)水管9 和內(nèi)筒出水管11與筒壁8和內(nèi)底板19形成的內(nèi)腔構(gòu)成循環(huán)水路，進(jìn)氣 管10穿過筒壁8頂端的孔與內(nèi)底板19的上中心孔相接，內(nèi)筒接線端子 12與筒壁8的外壁焊接；焊槍外筒組件和焊槍內(nèi)筒組件之間由絕緣套7 隔開；外筒接線端子13和內(nèi)筒接線端子12之間接入引弧輔助電路15, 引弧輔助電路由變壓器16、繼電器17組成，變壓器16的次級(jí)分別接于 外筒接線端子13和內(nèi)筒接線端子12，變壓器16的初級(jí)與繼電器17、 電源相接形成回路。
所述的空心陰極3為鉭箔巻制成的空心管，巻制層數(shù)為3 4層， 空心陰極的長(zhǎng)度為40 80 mm，空心陰極管內(nèi)徑為2 mm 6咖。
本發(fā)明在焊槍外筒組件、外筒支座2、空心陰極3、內(nèi)筒支座4、焊 槍內(nèi)筒組件所形成的串聯(lián)電阻兩端通過交流變壓器加載電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)空 心陰極3的整體加熱，保證空心陰極能夠被加熱到足夠溫度，形成穩(wěn)定的陰極熱電子發(fā)射。引弧過程為引弧前，將空心陰極3與引弧板1之
間間隙M (參見圖2)調(diào)至1 2mm，進(jìn)氣管10輸入氬氣(流量范圍 5 20ml/mki)，接通焊接電源，焊接電源輸出空載電壓，繼電器H吸合， 變壓器16工作，降壓后加在焊槍外筒組件、外筒支座2、空心陰極3、 內(nèi)筒支座4、焊槍內(nèi)筒組件所形成的電流回路兩端，使整個(gè)空心陰極3 受到低壓大電流的加熱；當(dāng)空心陰極3的溫度達(dá)到電子發(fā)射的溫度條件 后，工作氣體(氬氣)通過進(jìn)氣管10到達(dá)空心陰極3，由陰極內(nèi)壁發(fā)射 的熱電子，撞擊氣體分子，產(chǎn)生撞擊電離或使氣體分子達(dá)到激勵(lì)狀態(tài)， 空心陰極內(nèi)壁開始受到氣體離子的轟擊，陰極被加熱到很高溫度，空心 陰極內(nèi)壁擁有了足夠產(chǎn)生熱離子發(fā)射的能量，此時(shí)空心陰極內(nèi)腔就形成 了等離子體，產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧放電(這個(gè)過程一般為15 20秒)。電弧 穩(wěn)定燃燒時(shí)的電弧電壓低于50伏，檢測(cè)焊槍與工件之間的電壓信號(hào)， 如果低于50伏則給出引弧工作完成信號(hào)，繼電器17斷開，引弧輔助電 路被切斷，引弧工作完成。根據(jù)被焊材料、結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)、 電流以及氬氣流量等參數(shù)，就可以開始進(jìn)行材料或結(jié)構(gòu)的焊接工作。 實(shí)施例
在如圖3所示的真空電弧焊接試驗(yàn)設(shè)備上(初始真空度為L(zhǎng)5X 10'2Pa，焊接電源為Maxtad50型焊機(jī))，實(shí)施了本發(fā)明中焊槍的非接觸 引弧實(shí)驗(yàn)-.
實(shí)施例一
鉭箔巻制成空心管，巻制層數(shù)為3層，空心陰極的長(zhǎng)度為40咖， 空心陰極管內(nèi)徑為2 im。在引弧參數(shù)電弧電流6A，引弧弧長(zhǎng)(空心 陰極端部與被焊工件之間的間隙距離)lmm，氬氣流量5ml/min，獲得 了穩(wěn)定的引弧，并進(jìn)行了焊接試驗(yàn)；
實(shí)施例二
鉭箔巻制成空心管，巻制層數(shù)為3層，空心陰極的長(zhǎng)度為40咖， 空心陰極管內(nèi)徑為2mn。在引弧參數(shù)電弧電流6A，引弧弧長(zhǎng)2mm， 氬氣流量5ml/min，獲得了穩(wěn)定的引弧，并迸行了焊接試驗(yàn)；
實(shí)施例三
鉭箔巻制成空心管，巻制層數(shù)為4層，空心陰極的長(zhǎng)度為60 mm, 空心陰極管內(nèi)徑為4咖。在引弧參數(shù)電弧電流6A，引弧弧長(zhǎng)lmm，氬氣流量5ml/min，獲得了穩(wěn)定的引弧，并進(jìn)行了焊接試驗(yàn)； 實(shí)施例四
鉭箔巻制成空心管，巻制層數(shù)為4層，空心陰極的長(zhǎng)度為60 mm， 空心陰極管內(nèi)徑為4咖。在引弧參數(shù)電弧電流6A，引弧弧長(zhǎng)lmm， 氬氣流量10ml/min，獲得了穩(wěn)定的引弧，并進(jìn)行了焊接試驗(yàn)；
實(shí)施例五
鉭箔巻制成空心管，巻制層數(shù)為4層，空心陰極的長(zhǎng)度為80 mm， 空心陰極管內(nèi)徑為3咖。在引弧參數(shù)電弧電流8A，引弧弧長(zhǎng)lmm， 氬氣流量10ml/min，獲得了穩(wěn)定的引弧，并進(jìn)行了焊接試驗(yàn)；
實(shí)施例六
鉭箔巻制成空心管，巻制層數(shù)為4層，空心陰極的長(zhǎng)度為80 mm， 空心陰極管內(nèi)徑為6mm。在引弧參數(shù)電弧電流8A，引弧弧長(zhǎng)lmm， 氬氣流量20ml/min，獲得了穩(wěn)定的引弧，并進(jìn)行了焊接試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果空心陰極連續(xù)穩(wěn)定工作3小時(shí)以上，壽命達(dá)到30小時(shí)， 未出現(xiàn)"冷電弧"現(xiàn)象，本發(fā)明"一種用于空心陰極真空電弧焊接的非 接觸引弧焊槍"可進(jìn)行真空電弧焊接的工程應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于空心陰極真空電弧焊接的非接觸引弧焊槍，包括空心陰極、進(jìn)水管、出水管、進(jìn)氣管與焊槍槍體，其特征是，空心陰極(3)直接插在外筒支座(2)和內(nèi)筒支座(4)的中心孔上；外筒支座(2)置于焊槍外筒組件中外底板(20)的中心孔上，內(nèi)筒支座(4)安裝在焊槍內(nèi)筒組件中內(nèi)底板(19)的下中心孔上；焊槍外筒組件包括，空心筒壁(5)、外底板(20)、外筒進(jìn)水管(6)、外筒出水管(14)和外筒接線端子(13)，外筒進(jìn)水管(6)通過空心筒壁(5)上方的孔，深入到空心筒壁(5)的夾層中，外筒出水管(14)置于空心筒壁(5)右側(cè)上方，外筒進(jìn)水管(6)、外筒出水管(14)與空心筒壁(5)的空腔形成循環(huán)水路，外筒接線端子(13)與空心筒壁(5)外壁焊接；焊槍內(nèi)筒組件包括筒壁(8)、進(jìn)氣管(10)、內(nèi)筒接線端子(12)和內(nèi)筒進(jìn)水管(9)及內(nèi)筒出水管(11)，筒壁(8)頂端開有安裝進(jìn)氣管(10)和內(nèi)筒進(jìn)水管(9)的孔、內(nèi)筒出水管(11)置于筒壁(8)的右側(cè)上方，內(nèi)筒進(jìn)水管(9)和內(nèi)筒出水管(11)與筒壁(8)和內(nèi)底板(19)形成的內(nèi)腔構(gòu)成循環(huán)水路，進(jìn)氣管(10)穿過筒壁(8)頂端的孔與內(nèi)底板(19)的上中心孔相接，內(nèi)筒接線端子(12)與筒壁(8)的外壁焊接；焊槍外筒組件和焊槍內(nèi)筒組件之間由絕緣套(7)隔開；外筒接線端子(13)和內(nèi)筒接線端子(12)之間接入引弧輔助電路(15)，引弧輔助電路由變壓器(16)、繼電器(17)組成，變壓器(16)的次級(jí)分別接于外筒接線端子(13)和內(nèi)筒接線端子(12)之間，變壓器(16)的初級(jí)經(jīng)繼電器(17)與電源相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空心陰極真空電弧焊接的非接觸 引弧焊槍，其特征是所述的空心陰極(3)為鉭箔巻制成的空心管， 巻制層數(shù)為3 4層，空心陰極的長(zhǎng)度為40 80mm，空心陰極管內(nèi)徑為 2 mm 6 mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)，涉及一種可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定引弧的用于空心陰極真空電弧焊接的非接觸引弧焊槍。焊槍的空心陰極直接插在外筒支座和內(nèi)筒支座的中心孔上；焊槍外筒組件包括外筒進(jìn)水管、外筒出水管、外筒接線端子、空心筒壁，外底板；焊槍內(nèi)筒組件包括進(jìn)氣管、內(nèi)筒接線端子、內(nèi)筒進(jìn)水管、內(nèi)筒出水管，筒壁、內(nèi)底板；焊槍外筒組件和焊槍內(nèi)筒組件之間由絕緣套隔開；外筒接線端子和內(nèi)筒接線端子之間接入引弧輔助電路。本發(fā)明采用空心陰極置于焊槍外筒和焊槍內(nèi)筒之間的封閉系統(tǒng)中，避免了空心陰極暴露于電弧中而被金屬蒸汽污染；焊槍采用雙路水冷系統(tǒng)，冷卻效果好，電弧工作可靠性高，焊槍和空心陰極壽命長(zhǎng)，保證了焊接控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
文檔編號(hào)B23K9/28GK101658971SQ200910169308
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者廖云建, 張奕琦, 王繼紅, 郭和平, 郭德倫, 依 韋 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所