具有上部和下部保护气体流的焊枪和使用用于水平焊接的焊枪的焊接方法

摘要

一种焊枪(1)包括：筒形喷嘴(2)，在所述筒形喷嘴中保护气体从开口(3b)流动；和电极(4)，所述电极是从所述开口(3b)伸出的棒状体。保护气体包括在电极(4)的中心轴线(C2)的上侧的上部区域(3u)中流动的上部保护气体和在电极(4)的中心轴线(C2)的下侧的下部区域(3d)中流动的下部保护气体。下部保护气体的气压高于上部保护气体的气压。还限定了利用这种焊枪实施水平焊接的方法。

权利要求

1.一种用于水平焊接的焊枪(1)，其特征在于，所述焊枪包括：筒形喷嘴(2)，保护气体在所述筒形喷嘴中从一开口流动；和电极(4)，所述电极是从所述开口伸出的棒状体，其中所述保护气体具有上部保护气体(Fu)和下部保护气体(Fd)，所述上部保护气体在所述电极(4)的中心轴线的上侧的上部区域中流动，所述下部保护气体在所述电极(4)的所述中心轴线的下侧的下部区域中流动，并且所述下部保护气体(Fd)的气压高于所述上部保护气体(Fu)的气压；

其中，所述开口包括：上侧开口，所述上侧开口布置在所述电极(4)的所述中心轴线的所述上侧；和下侧开口，所述下侧开口布置在所述电极(4)的所述中心轴线的所述下侧；并且所述上侧开口的截面面积小于所述下侧开口的截面面积。

2.根据权利要求1所述的用于水平焊接的焊枪(1)，其中所述电极(4)的所述中心轴线是位于所述喷嘴的中心轴线的上方并且与所述喷嘴的中心轴线平行的轴线。

3.一种焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：使保护气体从一开口流动；和

在电极(4)和待焊接体之间产生电弧，以实施电弧焊，其中使用用于水平焊接的焊枪(1)，

所述焊枪(1)包括：筒形喷嘴(2)，在所述筒形喷嘴中所述保护气体从所述开口流出；和电极(4)，所述电极是从所述开口伸出的棒状体，所述保护气体具有上部保护气体(Fu)和下部保护气体(Fd)，所述上部保护气体在所述电极(4)的中心轴线的上侧的上部区域中流动，所述下部保护气体在所述电极(4)的所述中心轴线的下侧的下部区域中流动，并且所述下部保护气体(Fd)的气压高于所述上部保护气体(Fu)的气压；

其中，所述开口包括：上侧开口，所述上侧开口位于所述电极(4)的所述中心轴线的所述上侧；和下侧开口，所述下侧开口位于所述电极(4)的所述中心轴线的所述下侧，并且所述上侧开口的截面面积小于所述下侧开口的截面面积。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其中

所述电极(4)的所述中心轴线是位于所述喷嘴的中心轴线的上方并且与所述喷嘴的中心轴线平行的轴线。

说明书

具有上部和下部保护气体流的焊枪和使用用于水平焊接的焊

枪的焊接方法

[0001] 发明背景

技术领域

[0002] 本发明涉及一种焊枪和一种使用所述焊枪的焊接方法，并且特别地，本发明涉及一种用于水平焊接的焊枪和一种使用所述焊枪的焊接方法，其中，保护气体在所述用于水平焊接的焊枪中流动并且在保护气氛中产生电弧。

背景技术

[0003] 存在一种用于实施电弧焊的焊接方法，其中，保护气体从电极流动至待焊接的部分，并且在电极和待焊接体之间产生电弧。

[0004] 例如，日本专利申请公报No.2007-038303A(JP 2007-038303 A)公开了一种焊接方法，其中，由惰性气体构成的第一保护气体朝着待焊接体流动，使得第一保护气体包围电极，并且同时，包含氧化气体的第二保护气体在第一保护气体的外周侧上朝着待焊接体流动，由此实施电弧焊。根据所述焊接方法，能够在不使焊接质量恶化的情况下加深焊接金属部分，并且易于实施焊接。此外，能够提高焊接效率。

[0005] 顺便提及，存在水平焊接，其中，沿着相对于大体水平的平面倾斜的表面实施焊接，或者沿着大体竖直的平面实施焊接。当使用在JP2007-038303 A中公开的焊枪实施水平焊接时，焊接金属下垂(sag)，并且不能很好地实施焊接。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种用于水平焊接的焊枪和焊接方法，通过所述焊枪和焊接方法，即使沿着与大体水平的平面倾斜的表面、或沿着大体竖直的平面实施焊接时，也能很好地实施焊接而不引起焊接金属的下垂。

[0007] 根据本发明的一个方面的焊枪包括：筒形喷嘴，在所述筒形喷嘴中，保护气体从一开口流出；和电极，所述电极是从所述开口伸出的棒状体。所述保护气体包括：上部保护气体，所述上部保护气体在电极的中心轴线的上侧的上部区域中流动；和下部保护气体，所述下部保护气体在电极的中心轴线的下侧的下部区域中流动，并且下部保护气体的气压高于上部保护气体的气压。

[0008] 根据这种结构，提供了一种用于水平焊接的焊枪，通过所述焊枪，即使在沿着与大体水平的平面倾斜的表面或沿着大体竖直的平面实施焊接时，也不会引起焊接金属下垂，并且能够很好地实施焊接。

[0009] 焊枪可以是这样的：所述开口包括位于电极的中心轴线的上侧的上侧开口和位于电极的中心轴线的下侧的下侧开口，并且上侧开口与下侧开口相比具有更小的截面面积。焊枪还可以是这样的：电极定位在喷嘴的中心轴线上方，并且还平行于喷嘴的中心轴线。

[0010] 与此同时，根据本发明的一个方面的焊接方法是通过使用用于水平焊接的焊枪通过以下方式实施电弧焊的焊接方法：使保护气体从一开口流动，并且在电极和待焊接体之间产生电弧。所述焊枪包括：筒形喷嘴，在所述筒形喷嘴中，保护气体从所述开口流出；和电极，所述电极是从所述开口伸出的棒状体。保护气体包括：上部保护气体，所述上部保护气体在电极的中心轴线的上侧的上部区域中流动；和下部保护气体，所述下部保护气体在电极的中心轴线的下侧的下部区域中流动，并且下部保护气体的气压高于上部保护气体的气压。此外，所述开口可以具有位于电极的中心轴线的上侧的上侧开口和位于电极的中心轴线的下侧的下侧开口，并且上侧开口与下侧开口相比具有更小的截面面积。电极可以定位在喷嘴的中心轴线的上方，并且还可以平行于喷嘴的中心轴线。

[0011] 根据本发明的上述方面，能够提供一种用于水平焊接的焊枪，所述焊枪即使在沿着与大体水平的平面倾斜的表面或沿着大体竖直的平面实施焊接时，也能实现良好焊接而不引起焊接金属下垂。

附图说明

[0012] 下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势和技术以及工业重要性，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

[0013] 图1A是根据第一实施例的焊枪的截面侧视图，并且图1B是根据第一实施例的焊枪的截面图；

[0014] 图2A是示出了使用根据第一实施例的焊枪的焊接方法、并且显示了焊枪布置在相对于待焊接体的给定位置处的示意图，图2B是示出了使用根据第一实施例的焊枪的焊接方法、并且显示了保护气体流动的示意图，并且图2C是示出了使用根据第一实施例的焊枪的焊接方法、并且显示了电压施加在电极和待焊接部分之间以进行放电并由此产生电弧的示意图；

[0015] 图3A是根据第二实施例的焊枪的截面侧视图，并且图3B是根据第二实施例的焊枪的截面图；和

[0016] 图4A是根据第三实施例的焊枪的截面侧视图，并且图4B是根据第三实施例的焊枪的截面图。

具体实施方式

[0017] (第一实施例)将使用图1A和图1B来说明根据第一实施例的焊枪。图1A示出了根据第一实施例的焊枪的截面侧视图。图1B是根据第一实施例的焊枪的截面图。

[0018] 如图1A所示，焊枪1包括主体2、喷嘴3和电极4。焊枪1是用于TIG焊接(钨极惰性气体保护焊接)的焊枪，以便通过使保护气体以包围电极4的方式流动、在电极4和待焊接体之间产生电弧、以及将电弧与大气隔离开来实施焊接。

[0019] 主体2是支撑喷嘴3和电极4的支撑体。主体2还可以包括：安装部分，所述安装部分使得焊枪1易于安装在工业机器人上；和抓持部分，所述抓持部分用于允许焊接操作者抓持焊枪1。

[0020] 喷嘴3是具有喷嘴中心轴线C1的大体筒形体。喷嘴3的端部部分由主体2支撑。喷嘴3与焊接装置(未示出)连接，并且保护气体被供给到喷嘴3。能够使保护气体从开口3b流动。
作为保护气体，例如可以使用惰性气体和混合气体。惰性气体的示例是氩气和氦气。混合气体的示例可以是氩气和氧气的混合气体、氩气和二氧化碳的混合气体、以及氩气和氢气的混合气体。

[0021] 电极4是由例如钨或钨合金制成的棒状体。电极4插入到喷嘴3的内部，而且还沿着电极中心轴线C2由主体2支撑。电极中心轴线C2位于喷嘴中心轴线C1的上方，并且还平行于喷嘴中心轴线C1。电极4的一个端部部分从喷嘴3的开口3b向外伸出。电极4与焊接装置(未示出)连接。

[0022] 如图1B所示，在开口3b中，电极中心轴线C2的上侧称作上侧开口3u，并且电极中心轴线C2的下侧称作下侧开口3d。上侧开口3u与下侧开口3d相比具有更小的截面面积。

[0023] (焊接方法)接下来，将使用图2A、图2B和图2C来解释使用根据第一实施例的焊枪的焊接方法。图2A、图2B和图2C示出了阐述使用根据第一实施例的焊枪的焊接方法的示意图。所解释的情况是焊接沿着大体竖直的平面定位的待焊接体。

[0024] 如图2A所示，焊枪1相对于待焊接体8布置在给定位置处。待焊接体8是例如由相同或不同的金属材料制成的两个板状体。所使用的金属材料的示例包括铁、铝、镁、铜、钛、锆和镍，或者是铁、铝、镁、铜、钛、锆和镍的合金。待焊接体8以彼此面对的方式设置，同时待焊接体8的主表面沿着大体竖直的平面定位。在待焊接体8中，两个待焊接体彼此面对的区域是待焊接部分9。

[0025] 接下来，如图2B所示，使保护气体流动(保护气体流入步骤S1)。对于保护气体的流量而言，要求保护气体的至少一部分量能够将待焊接体8的待焊接部分9和后面描述的电弧R与大气隔离开。如上所述，上侧开口3u的截面面积小于下侧开口3d的截面面积。保护气体包括位于电极中心轴线C2的上侧的上部保护气体Fu和位于电极中心轴线C2的下侧的下部保护气体Fd。因此，上部保护气体Fu的气压低于下部保护气体Fd的气压。下部保护气体Fd和上部保护气体Fu之间的气压差产生了下部保护气体Fd的用于沿着向上的方向推动待焊接部分9的力。

[0026] 最后，如图2C所示，电压被施加在电极4和待焊接部分9之间以引起放电，由此产生电弧R(电弧产生步骤S2)。电弧R的热量熔融待焊接部分9的一部分，并且由此形成焊接熔池M。当热量被大气和待焊接体8移除时，焊接熔池M的一部分固化，由此形成焊珠(bead)B。焊接熔池M和焊珠B形成为焊接金属。

[0027] 焊接熔池M和/或焊珠B由于重力而试图向下下垂，但是由下部保护气体Fd和上部保护气体Fu之间的气压差产生的力向上推动并且保持焊接熔池M和/或焊珠B。因此，防止了焊接熔池M和/或焊珠B的下垂。此外，防止了焊接到其它构件、产生欠佳的外观和冷搭接(cold lap)，由此能够实施良好的焊接。而且，能够省略用于发现实现良好焊接的焊接条件的原型测试。由于能够在待焊接体8处于其所处的实际状态而不需要改变待焊接体8的方向的情况下焊接待焊接体8，所以不需要用于改变待焊接体8的方向的保持夹具。因此，可以简化设备，由此降低了设备投资，并且，焊枪1能够容易地处理各种类型的产品。

[0028] 在上述用法中，保护气体流入步骤S1和产生电弧步骤S2按照保护气体流入步骤S1、产生电弧步骤S2这个顺序实施，但是保护气体流入步骤S1和产生电弧步骤S2可以同时开始和实施。

[0029] (第二实施例)接下来，将使用图3A和3B解释根据第二实施例的焊枪。图3A示出了根据第二实施例的焊枪的截面侧视图。图3B是根据第二实施例的焊枪的截面图。根据第二实施例的焊枪与根据第一实施例的焊枪1的不同之处仅在于电极和喷嘴。因为结构的其余部分与焊枪1相同，所以结构的其余部分将用相同的附图标记表示，并且将不再对其进行解释。

[0030] 如图3A所示，喷嘴23是筒形体，所述筒形体包括由主体22支撑的被支撑部分23a和开口23b。喷嘴23具有缩窄部分23c，在所述缩窄部分23c中，在电极24的电极中心轴线C22的上侧的喷嘴23的截面面积从被支撑部分23a朝着开口23b减小。开口23b包括上侧开口23u和下侧开口23d。上侧开口23u与下侧开口23d相比具有更小的截面面积。

[0031] 电极24插入到喷嘴23的内部，并且沿着电极中心轴线C22由主体22支撑。电极中心轴线C22是穿过被支撑部分23a的中心点的轴线。电极24的一个端部部分从喷嘴23的开口23b向外伸出。电极24与焊接装置(未示出)连接。

[0032] 当使用根据第二实施例的焊枪21焊接沿着大体竖直的平面定位的待焊接体时，由下部保护气体和上部保护气体之间的气压差而产生的力向上推压焊接熔池和/或焊珠，这与使用根据第一实施例的焊枪1的情况类似。这防止了焊接熔池M和/或焊珠B的下垂。而且，抑制了冷搭接，并且防止了不完全的熔融，由此实现了良好的焊接。此外，能够省略用于发现良好焊接条件的原型测试。因为能够在待焊接体处于其所处的实际状态而不需要改变待焊接体的方向的情况下焊接待焊接体，所以不需要用于改变待焊接体的方向的保持夹具。因此，可以省略保持夹具，并且可以简化设备，由此降低了设备投资。而且，焊枪21能够容易地处理各种类型的产品。

[0033] (第三实施例)接下来，将使用图4A和图4B解释根据第三实施例的焊枪。图4A是根据第三实施例的焊枪的截面侧视图。图4B是根据第三实施例的焊枪的截面图。根据第三实施例的焊枪与根据第一实施例的焊枪的不同之处仅在于电极和喷嘴。因为结构的其余部分与焊枪1相同，所以结构的其余部分将用相同的附图标记表示，并且将不再对其进行解释。

[0034] 如图4A所示，喷嘴33是筒形体，所述筒形体包括由主体32支撑的被支撑部分33a和开口33b。喷嘴33具有扩展部分33c，在所述扩展部分33c中，位于电极34的电极中心轴线C32的下侧的喷嘴33的截面面积从被支撑部分33a朝着开口33b增大。开口33b具有上侧开口33u和下侧开口33d。上侧开口33u与下侧开口33d相比具有更小的截面面积。

[0035] 电极34插入到喷嘴33的内部，并且沿着电极中心轴线C32由主体32支撑。电极中心轴线C32是穿过被支撑部分33a的中心点的轴线。电极34的一个端部部分从喷嘴33的开口33b向外伸出。电极34与焊接装置(未示出)相连。

[0036] 当通过使用根据第三实施例的焊枪31焊接沿着大体竖直的平面定位的待焊接体时，由下部保护气体和上部保护气体之间的气压差而产生的力向上推压焊接熔池和/或焊珠，这与使用根据第一实施例和第二实施例的焊枪1、21的情况类似。这防止了焊接熔池和/或焊珠的下垂。而且，抑制了冷搭接，并且防止了不完全熔融，由此实现了良好焊接。此外，能够省略用于发现良好焊接条件的原型测试。因为能够在待焊接体处于其所处的实际状态而不需要改变待焊接体的方向的情况下焊接待焊接体，所以不需要用于改变待焊接体的方向的保持夹具。因此，可以省略保持夹具，并且可以简化设备，由此降低设备投资。而且，焊枪31能够容易地处理各种类型的产品。

[0037] 本发明并不局限于前述实施例，并且包括处于可实现本发明的目标的范围内的变形方案、改进方案等。

[0038] 在前述实施例中，通过使喷嘴的下侧开口的截面面积大于上侧开口的截面面积而产生保护气体的气压差，但是可以使用不同的方法来产生保护气体的气压差。例如，可以相应地在电极的上侧和下侧设置两个喷嘴，并且与下侧的喷嘴中的保护气体的速度相比，上侧的喷嘴中的保护气体以更高的速度从喷嘴流动，由此产生保护气体的气压差。

[0039] 在前述实施例中，解释了用于实施TIG焊接的焊枪。然而，可以使用用于实施除了TIG焊接之外的其它焊接方法的焊枪，只要该焊枪用于气体保护电弧焊(在所述气体保护电弧焊中，通过保护气体使电弧与大气隔离)即可。用于TIG焊接的焊接方法包括例如MAG焊接(活性气体保护焊接)、MIG焊接(惰性气体保护焊接)和等离子焊。对于除了TIG焊接以外的其它焊接方法而言，可以根据需要改变电极、保护气体、待焊接体的材料，或者可以则增加必要的焊接装置。

[0040] 在前述实施例中，焊接沿着大体竖直的平面定位的待焊接体。类似地，还能够焊接与水平平面倾斜的待焊接体。换言之，在前述实施例的任意一个中，均能够实施水平焊接。