[发明专利]一种基于水冷永磁铁的磁控K-TIG焊枪

说明书

本发明属于K‑TIG焊枪技术领域，公开了一种基于水冷永磁铁的磁控K‑TIG焊枪，主要包括盖体和连接在盖体下部的容置体，盖体和容置体构成一封闭空间并固定在焊枪枪头处，该封闭空间内设置径向均布的永磁铁，并在永磁铁周围设置水冷装置。本发明使用永磁铁代替电磁铁构造环形磁场压缩K‑TIG焊接电弧，能够增加电弧的拘束效应和穿透能力；同时设置水冷装置包绕永磁铁，以达到及时冷却、减少退磁的目的，从而提高所得磁场稳定性，更好地拘束控制电弧。

技术领域

本发明属于一种K-TIG焊枪技术领域，具体的说，是涉及一种增加可调磁场收缩电弧柱的磁控K-TIG焊枪。

背景技术

TIG焊能够实现高品质焊接，然而现有TIG焊电弧能量密度较低，限制了其焊接效率。基于传统TIG焊枪，通过阴极收缩效应配合较大的焊接电流，得到一种新型穿孔焊接工艺方法，称为CF-TIG焊或K-TIG焊；其原理在于：TIG焊接工艺中，焊接电弧建立在钨极(阴极)与工件熔池(阳极)之间，电弧与阴极之间的粘附形态主要决定于阴极的热电子发射行为，而阴极的热电子发射主要发生在温度高于3000K的钨极尖端表面。为了拘束电弧，通过带走钨极的热量，压缩钨极尖端的高温区面积，从而将电子发射区域压缩到钨极尖端的极小部位，电弧根部的面积缩小，电磁收缩力增加，弧柱沿径向上压缩，作用在熔池表面的电弧压力增加，能量密度增加。这样，电弧力能够克服熔池液面的表面张力，压迫熔池表面在工件厚度方向上产生深熔小孔；如果焊接电流足够大，工件被完全熔透，能够形成贯穿工件的小孔。K-TIG焊可对中厚板在不开坡口的前提下单道次焊接实现“单面焊接，双面成形”，在3～12mm厚度的黑色及有色金属焊接领域具备广泛的应用前景。虽然能量密度很高的激光焊、电子束焊和等离子弧焊具有更强的穿透能力，K-TIG焊作为一种使用自由电弧的焊接工艺，在设备造价、运行维护费用、设备操作复杂程度以及焊枪行走灵活性等方面具有明显的优势。

目前，经过大量的工艺应用实验发现：K-TIG焊接工艺适合于焊接低热导率的金属材料，随着材料热导率增加，小孔的稳定性降低。在焊接中厚板时，电弧收缩程度不够，不利于形成稳定的穿透小孔，得到合格焊缝的工艺窗口较小。主要原因在于，目前K-TIG焊接采用自由电弧为热源，自由电弧的形态决定于电极形态、电极间隙和电流值。一方面，经过阴极水冷后，电弧的能量密度提升有限。另一方面，水冷阴极对电弧的收缩效应只是在较短的弧长范围内存在，焊接过程中电弧的微小波动会影响小孔的稳定性。因而，有必要改善电弧形态稳定性。总而言之，如何进一步改进K-TIG焊接工艺，有效地调控焊接电弧形态，保证小孔的稳定性，是稳定K-TIG焊接过程，保证得到质量合格焊缝的关键。

外加磁场压缩电弧技术是一种改善电弧焊过程稳定性的常用方法，即通过改变电弧的形态，控制电弧的特性来提高焊接工艺的适应性。焊接中常用的磁场有三种：

(1)外加横向磁场，即外加磁场的磁力线垂直通过电弧轴线；

(2)外加纵向同轴磁场，即外加磁场的磁力线方向与电弧轴线方向平行；

(3)外加环形磁场，它可使电弧弧柱的形状变为椭圆形，使弧柱能量密度和电弧电场强度提高。