一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法

《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》是中國化學工程第十六建設公司於2011年11月6日申請的發明專利，該專利申請號為2011103457405，公布號為CN102500880A，公布日為2012年6月20日，發明人是廖翼翔。

一種鎢極氬弧焊控制裝置，直流焊機或TIG焊機通過焊接地線與工件電連線，直流焊機或TIG焊機通過焊接電纜與焊槍電連線，至少一個氬氣瓶通過管路與氬氣控制裝置的至少一個輸入端連通，氬氣控制裝置的輸出端通過管路與焊槍連通，氬氣控制裝置通過控制電纜與焊槍上的控制按鈕電連線；所述的氬氣控制裝置中，變壓器的二次側中第一電磁閥線圈和第二電磁閥線圈並聯，第二開關為一切換開關，第二開關位於B位時，第二開關與控制按鈕為並聯；第二開關位於A位時，第二開關在第一電磁閥線圈的支路上與控制按鈕為串聯。該發明相比TIG焊接氬氣控制系統，提高了焊接質量，且氬氣利用率節約達到2%~28%。

2021年6月24日，《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法
• 申請人：中國化學工程第十六建設公司
• 發明人：廖翼翔
• 申請號：2011103457405
• 申請日：2011年11月6日
• 公布號：CN102500880A
• 公布日：2012年6月20日
• 地址：湖北省宜昌市土城路2號
• 代理機構：宜昌市三峽專利事務所
• 代理人：成鋼
• Int. Cl.：B23K9/16; B23K9/10
• 類別：發明專利

專利背景

在化工、石油化工、電力等工程建設中，工業管道的全手工鎢極氬弧焊工藝（以下簡稱TIG）或TIG打底、手工電弧焊（以下簡稱SMAW）填充蓋面的氬電聯焊工藝得到非常廣泛的套用。相比管道全SMAW焊，TIG焊工藝具有易於操作、焊接熔池保護效果好，焊縫金屬組織緻密，焊縫成形美觀，無焊渣、探傷合格率高等優點。但TIG焊相比SMAW焊生產成本較高，主要原因在於TIG焊使用了高純度的氬氣作為保護氣體，氬氣價格昂貴、用量大。

TIG焊機具有氬氣自動控制功能，工作原理如下： 如圖1中，氬氣瓶通過減壓閥、氬氣流量計和氬氣管與TIG焊機氬氣進氣口相連，再通過一條氬氣管將TIG焊機氬氣出氣口與TIG焊槍相連。工作時，焊工按動焊槍上的控制按鈕，啟動TIG焊機內的電磁氣閥工作，氬氣經過電磁氣閥進入焊槍。焊接結束後再按動（或鬆開）控制按鈕，電磁氣閥截止，TIG焊槍內沒有氬氣流出，這樣氬氣使用得到可靠的控制，氬氣利用率高。

但專用TIG焊機氬氣控制有其局限性和不足。工程建設中存在大量合金鋼材料焊接，合金鋼材料TIG焊接時需要對焊縫背面進行充氬保護，但專用TIG焊機只有單路氬氣控制功能，即只能對焊槍氬氣進行控制，對焊縫背面進行充氬保護用氬氣則無法進行控制；另外TIG焊機氬氣控制功能設在TIG焊機內，TIG焊槍有三根管線與焊機相連，一是焊把線，二是氬氣管，三是控制電纜。受焊槍電纜長度限制，TIG焊機適合於焊件離焊機距離較近的位置的焊接，一般作業半徑不超過10米。但工程建設管道焊接施工具有遠距離、高空多，作業點分散、流動性大等特點，在焊機附近焊接作業反而不多。再加上焊機重量較重，不便於隨意搬運，焊機一般在焊機箱或焊機工棚內集中設定。但這樣，遠距離和高空TIG焊接施工時，必須從TIG焊機上引出一條很長的氬氣管和焊接控制電纜通TIG焊槍。由於氬氣流程長，存在以下不足：

a、氬氣保護滯後，氬氣有一定浪費。這是因為按動控制按鈕後，高頻起弧功能工作，引燃焊接電弧，雖然焊接控制器內電磁閥也同時工作，但氬氣到達焊槍需要一定時間，造成氬氣保護滯後。起弧處由於氬氣保護不好，易產生氣孔等缺陷。為了克服氬氣保護滯後問題，焊工操作時預先放氣一段時間，待氬氣純度達到後再起弧焊接。而這樣又造成了不少氬氣的浪費。

b、氬氣瓶放在焊機附近，離焊接位置遠，氬氣流量調節很不方便。

c、氬氣管過長，氬氣管易破損，破損後漏氣對焊接質量造成影響，而且造成氬氣的浪費。

d、氬氣管和控制線很長，增加了焊槍和焊接電纜的重量，使用和回收不方便，而且增加了焊機及控制系統的故障率。

發明內容

專利目的

《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》所要解決的技術問題是提供一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法，可以克服2011年11月前有關技術中氬氣利用率低、保護不可靠的缺陷。

技術方案

一種鎢極氬弧焊控制裝置，直流焊機或TIG焊機通過焊接地線與工件電連線，直流焊機或TIG焊機通過焊接電纜與焊槍電連線，至少一個氬氣瓶通過管路與氬氣控制裝置的至少一個輸入端連通，氬氣控制裝置的輸出端通過管路與焊槍連通，氬氣控制裝置通過控制電纜與焊槍上的控制按鈕電連線；所述的氬氣控制裝置中，變壓器的二次側中第一電磁閥線圈和第二電磁閥線圈並聯，第二開關為一切換開關，第二開關位於B位時，第二開關與控制按鈕為並聯；變壓器的一次側串聯有第一開關；第二開關位於A位時，第二開關在第一電磁閥線圈的支路上與控制按鈕為串聯。

兩個氬氣瓶分別通過管路與氬氣控制裝置的兩個輸入端連通，氬氣控制裝置的輸出端分別通過管路與焊槍和工件的反面連通。

一個氬氣瓶分別通過兩條管路與氬氣控制裝置的兩個輸入端連通，氬氣控制裝置的輸出端分別通過管路與焊槍和工件的反面連通。

與工件的反面連通的管路，與第一電磁閥線圈所在的電磁閥連通，與焊槍連通的管路，與第二電磁閥線圈所在的電磁閥連通。

所述的第一電磁閥線圈和第二電磁閥線圈還分別並聯有指示燈。

一種採用上述的裝置進行鎢極氬弧焊控制的方法，包括以下步驟：1）將直流焊機或TIG焊機通過焊接地線與工件電連線，將直流焊機或TIG焊機通過焊接電纜與焊槍電連線；2）將氬氣瓶的輸出管路通過氬氣控制裝置的第一電磁閥或第二電磁閥與焊槍連通，將控制按鈕通過控制電纜與氬氣控制裝置電連線，將第二開關設在A位；3）開啟第一開關，焊工操作時通過控制按鈕控制氬氣的供應；通過上述步驟實現在鎢極氬弧焊作業中提高氬氣利用率。

進一步最佳化的方案包括以下步驟：1）將直流焊機或TIG焊機通過焊接地線與工件電連線，將直流焊機或TIG焊機通過焊接電纜與焊槍電連線；2）將氬氣瓶的輸出管路通過氬氣控制裝置的第一電磁閥與焊槍連通，將控制按鈕通過控制電纜與氬氣控制裝置電連線，將另一個氬氣瓶或者同一個氬氣瓶的另一條輸出管路通過氬氣控制裝置的第二電磁閥與工件的反面連通，將第二開關設在B位，開啟第一開關，預先給工件的反面充氬氣，待工件的反面充好，將第二開關設在A位；3）焊工操作時通過控制按鈕控制氬氣的供應；

通過上述步驟實現在鎢極氬弧焊作業中提高氬氣利用率，且實現操作中對工件的雙面保護。

工程建設中金屬管道和設備的焊接大量採用手工鎢極氬弧焊，手工鎢極氬弧焊需要對焊槍中氬氣和合金鋼背面充氬保護裝置中氬氣進行控制，防止氬氣浪費。但2011年11月前的TIG焊機無背面充氬保護裝置中氬氣控制功能，而且在TIG焊機距離焊接位置較遠時，因氣路很長無法對焊槍中氬氣進行控制或控制效果較差。

《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》提供的一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法，通過設定的氬氣控制裝置，使操作人員克服了因操作點距離焊機較遠而造成的氬氣浪費較大，氬氣利用率低的技術問題。這是由於氬氣控制裝置的體積小，重量輕，攜帶十分方便，氬氣控制裝置既可放置在焊機附近，也可以根據需要放置在焊接位置附近，在高空作業時，甚至就放在或掛在焊口旁邊。氬氣瓶跟隨焊接氬氣控制裝置移動，另外還可以對合金鋼背面充氬保護用氬氣進行控制，大大提高了手工鎢極氬弧焊氬氣利用率，降低了焊接成本。相比TIG焊機，大大縮短了氣路和控制線長度，焊接位置不受與焊機位置距離遠近、高低的影響。

由於氬氣控制裝置具有雙路氬氣控制功能，既可單獨控制焊槍氬氣，又可同時控制焊槍和工件反面充氬保護用氬氣。

氬氣控制裝置的輸入端通過一條或兩條氬氣管路與氬氣瓶連通，輸出端則通過一條或兩條氬氣管路與焊槍和背面充氬保護裝置連通；焊接氬氣控制通過控制電纜與焊槍上的控制按鈕連線。操作人員通過焊槍上的控制按鈕實現對焊接氬氣的控制。

氬氣控制裝置可以採用220伏交流電源，插頭與現場磨光機用電源插座相連即可使用，不需單獨敷設供電電纜。

由於採用了氬氣控制裝置，因此《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》中的TIG焊機，可以用普通的直流焊機替代，從而較大的節省了成本。

根據觀察和統計，TIG焊接氬氣控制系統氬氣利用率理想狀態下為94%左右，在管路延長或有破損的情況下，利用率大幅降低，如需管內充氬保護，即工件反面充氬保護，則需要另外一個操作人員協同操作，且TIG焊接氬氣控制系統氬氣利用率為70%~80%；而採用《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》的方法，不論管內是否充氬，氬氣利用率均可達到98%以上，節氬效果十分明顯。

改善效果

相比TIG焊接氬氣控制系統，氬氣控制裝置的氬氣利用率節約達到2%~28%。按某公司承建的一個安裝淨費用在600萬、管道達因4萬個左右的一般中小型化工工程，採用TIG焊接氬氣控制系統，需消耗氬氣600瓶左右，費用4.8萬元；如採用焊接氬氣控制器，則只消耗氬氣370~420瓶，費用2.2~2.5萬元，扣除焊接氬氣控制器製作費用及電費2000元（電量消耗很小，可以忽略不計）左右，一個工程即可節省費用0.9~1.2萬元，經濟效益較為顯著。

附圖說明

圖1為相關技術的整體連線示意圖。

圖2為《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》實施例3的整體連線示意圖。

圖3為《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》實施例4的整體連線示意圖。

圖4為《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》中氬氣控制裝置的電路圖。

技術領域

《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》涉及一種氬弧焊控制方法，特別是用於提高氬氣利用率的一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法。

權利要求

1.一種鎢極氬弧焊控制裝置，直流焊機（11）或TIG焊機通過焊接地線（7）與工件（1）電連線，直流焊機（11）或TIG焊機通過焊接電纜（8）與焊槍（3）電連線，其特徵在於：至少一個氬氣瓶（6）通過管路與氬氣控制裝置（5）的至少一個輸入端連通，氬氣控制裝置（5）的輸出端通過管路與焊槍（3）連通，氬氣控制裝置（5）通過控制電纜（9）與焊槍（3）上的控制按鈕（4）電連線；所述的氬氣控制裝置（5）中，變壓器的二次側中第一電磁閥線圈（DF1）和第二電磁閥線圈（DF2）並聯，第二開關（K2）為一切換開關，第二開關（K2）位於B位時，第二開關（K2）與控制按鈕（4）為並聯；變壓器的一次側串聯有第一開關（K1）；第二開關（K2）位於A位時，第二開關（K2）在第一電磁閥線圈（DF1）的支路上與控制按鈕（4）為串聯。

2.根據權利要求1所述的一種鎢極氬弧焊控制裝置，其特徵在於：兩個氬氣瓶（6）分別通過管路與氬氣控制裝置（5）的兩個輸入端連通，氬氣控制裝置（5）的輸出端分別通過管路與焊槍（3）和工件（1）的反面連通。

3.根據權利要求1所述的一種鎢極氬弧焊控制裝置，其特徵在於：一個氬氣瓶（6）分別通過兩條管路與氬氣控制裝置（5）的兩個輸入端連通，氬氣控制裝置（5）的輸出端分別通過管路與焊槍（3）和工件（1）的反面連通。

4.根據權利要求2或3所述的一種鎢極氬弧焊控制裝置，其特徵在於：與工件（1）的反面連通的管路，與第一電磁閥線圈（DF1）所在的電磁閥連通，與焊槍（3）連通的管路，與第二電磁閥線圈（DF2）所在的電磁閥連通。

5.根據權利要求1所述的一種鎢極氬弧焊控制裝置，其特徵在於：所述的第一電磁閥線圈（DF1）和第二電磁閥線圈（DF2）還分別並聯有指示燈。

6.一種採用權利要求1—5所述的裝置進行鎢極氬弧焊控制的方法，其特徵在於包括以下步驟：1）將直流焊機（11）或TIG焊機通過焊接地線（7）與工件（1）電連線，將直流焊機（11）或TIG焊機通過焊接電纜（8）與焊槍（3）電連線；2）將氬氣瓶（6）的輸出管路通過氬氣控制裝置（5）的第一電磁閥或第二電磁閥與焊槍（3）連通，將控制按鈕（4）通過控制電纜（9）與氬氣控制裝置（5）電連線，將第二開關（K2）設在A位；3）開啟第一開關（K1），焊工操作時通過控制按鈕（4）控制氬氣的供應；通過上述步驟實現在鎢極氬弧焊作業中提高氬氣利用率。

7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於包括以下步驟：1）將直流焊機（11）或TIG焊機通過焊接地線（7）與工件（1）電連線，將直流焊機（11）或TIG焊機通過焊接電纜（8）與焊槍（3）電連線；2）將氬氣瓶（6）的輸出管路通過氬氣控制裝置（5）的第一電磁閥與焊槍（3）連通，將控制按鈕（4）通過控制電纜（9）與氬氣控制裝置（5）電連線，將另一個氬氣瓶（6）或者同一個氬氣瓶（6）的另一條輸出管路通過氬氣控制裝置（5）的第二電磁閥與工件（1）的反面連通，將第二開關（K2）設在B位，開啟第一開關（K1），預先給工件（1）的反面充氬氣，待工件（1）的反面充好，將第二開關（K2）設在A位；3）焊工操作時通過控制按鈕（4）控制氬氣的供應；通過上述步驟實現在鎢極氬弧焊作業中提高氬氣利用率，且實現操作中對工件的雙面保護。

實施方式

• 實施例1

如圖2中，一種鎢極氬弧焊控制裝置，直流焊機11或TIG焊機通過焊接地線7與工件1電連線，直流焊機11或TIG焊機通過焊接電纜8與焊槍3電連線，至少一個氬氣瓶6通過管路與氬氣控制裝置5的輸入端連通，氬氣控制裝置5的輸出端通過管路與焊槍3連通，氬氣控制裝置5通過控制電纜9與焊槍3上的控制按鈕4電連線；如圖4中，所述的氬氣控制裝置5中，變壓器的二次側中第一電磁閥線圈DF1和第二電磁閥線圈DF2並聯，第二開關K2為一切換開關，第二開關K2位於B位時，第二開關K2與控制按鈕4為並聯；變壓器的一次側接220伏的交流電源，通過變壓器轉為24伏電源。第二開關K2位於A位時，第二開關K2在第一電磁閥線圈DF1的支路上與控制按鈕4為串聯。

最佳化的方案中，兩個氬氣瓶6分別通過管路與氬氣控制裝置5的輸入端連通，氬氣控制裝置5的輸出端分別通過管路與焊槍3和工件1的反面連通。所述的工件的反面，即為工件加工面的反面，當工件為管道時，通常為管道的內部。

與工件1的反面連通的管路，與第一電磁閥線圈DF1所在的電磁閥連通，與焊槍3連通的管路，與第二電磁閥線圈DF2所在的電磁閥連通。

所述的第一電磁閥線圈DF1和第二電磁閥線圈DF2還分別並聯有指示燈。該指示燈用於指示第一電磁閥線圈DF1和第二電磁閥線圈DF2的工作狀態。

• 實施例2

一種採用上述的裝置進行鎢極氬弧焊控制的方法，包括以下步驟：1）將直流焊機11或TIG焊機通過焊接地線7與工件1電連線，將直流焊機11或TIG焊機通過焊接電纜8與焊槍3電連線；2）將氬氣瓶6通過氬氣控制裝置5的第一電磁閥或第二電磁閥與焊槍3連通，將控制按鈕4通過控制電纜9與氬氣控制裝置5電連線，將第二開關K2設在A位；控制按鈕4即為圖3中的QT按鈕；3）開啟第一開關K1，焊工操作時通過控制按鈕4控制氬氣的供應；按下控制按鈕4第一電磁閥線圈DF1得電，第一電磁閥導通，氬氣從氬氣瓶6經第一電磁閥、焊槍3輸出。此處以第一電磁閥線圈DF1線圈為例進行說明，從圖4中可以看出，從第二電磁閥接入也是可行的。通過上述步驟實現在鎢極氬弧焊作業中提高氬氣利用率。這是由於可以將氬氣瓶6設定在焊接點附近，縮短了供氣管路，從而提高了氬氣利用率。且在該例中，可以以普通的直流焊接替代價格較貴的TIG焊機，從而節省成本。

• 實施例3

在實施例2之上進一步最佳化的，包括以下步驟：如圖2中，1）將直流焊機11或TIG焊機通過焊接地線7與工件1電連線，將直流焊機11或TIG焊機通過焊接電纜8與焊槍3電連線；2）將氬氣瓶6通過氬氣控制裝置5的第一電磁閥與焊槍3連通，將控制按鈕4通過控制電纜9與氬氣控制裝置5電連線，將另一個氬氣瓶6通過氬氣控制裝置5的第二電磁閥與工件1的反面連通，將第二開關K2設在B位，開啟第一開關K1，第一電磁閥線圈DF1得電，第一電磁閥導通，預先給工件1的反面充氬氣，待工件1的反面充好，將第二開關K2設在A位；3）焊工操作時通過控制按鈕4控制氬氣的供應；此時第一電磁閥線圈DF1和第二電磁閥線圈DF2通斷由控制按鈕4控制；通過上述步驟實現在鎢極氬弧焊作業中提高氬氣利用率，且操作中對工件進行雙面保護的氬氣均為可控。在該例中由於採用了工件1的反面充氬氣，提高了焊接質量，而且，與2011年11月前相關技術不同的，用於反面充氬氣的管路也是由焊工可控的，從而較大的提高了氬氣利用率。

• 實施例4

在實施例2之上進一步最佳化的，包括以下步驟：如圖3中，1）將直流焊機11或TIG焊機通過焊接地線7與工件1電連線，將直流焊機11或TIG焊機通過焊接電纜8與焊槍3電連線；2）在氬氣瓶6上設定兩條輸出管路，其中一條輸出管路通過氬氣控制裝置5的第一電磁閥與焊槍3連通，將控制按鈕4通過控制電纜9與氬氣控制裝置5電連線，將另一個輸出管路通過氬氣控制裝置5的第二電磁閥與工件1的反面連通，將第二開關K2設在B位，開啟第一開關K1，第一電磁閥線圈DF1得電，第一電磁閥導通，預先給工件1的反面充氬氣，待工件1的反面充好，將第二開關K2設在A位；3）焊工操作時通過控制按鈕4控制氬氣的供應；此時第一電磁閥線圈DF1和第二電磁閥線圈DF2通斷由控制按鈕4控制；通過上述步驟實現在鎢極氬弧焊作業中提高氬氣利用率，且操作中對工件進行雙面保護的氬氣均為可控。在該例中由於僅採用了一個氬氣瓶6，與實施例3相比，移動更為方便。

專利榮譽

2021年6月24日，《一種鎢極氬弧焊控制裝置及方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。