本發明屬于一種K-TIG焊槍技術領域，具體的說，是涉及一種增加可調磁場收縮電弧柱的磁控K-TIG焊槍。

背景技術：

TIG焊能夠實現高品質焊接，然而現有TIG焊電弧能量密度較低，限制了其焊接效率。基于傳統TIG焊槍，通過陰極收縮效應配合較大的焊接電流，得到一種新型穿孔焊接工藝方法，稱為CF-TIG焊或K-TIG焊；其原理在于：TIG焊接工藝中，焊接電弧建立在鎢極(陰極)與工件熔池(陽極)之間，電弧與陰極之間的粘附形態主要決定于陰極的熱電子發射行為，而陰極的熱電子發射主要發生在溫度高于3000K的鎢極尖端表面。為了拘束電弧，通過帶走鎢極的熱量，壓縮鎢極尖端的高溫區面積，從而將電子發射區域壓縮到鎢極尖端的極小部位，電弧根部的面積縮小，電磁收縮力增加，弧柱沿徑向上壓縮，作用在熔池表面的電弧壓力增加，能量密度增加。這樣，電弧力能夠克服熔池液面的表面張力，壓迫熔池表面在工件厚度方向上產生深熔小孔；如果焊接電流足夠大，工件被完全熔透，能夠形成貫穿工件的小孔。K-TIG焊可對中厚板在不開坡口的前提下單道次焊接實現“單面焊接，雙面成形”，在3～12mm厚度的黑色及有色金屬焊接領域具備廣泛的應用前景。雖然能量密度很高的激光焊、電子束焊和等離子弧焊具有更強的穿透能力，K-TIG焊作為一種使用自由電弧的焊接工藝，在設備造價、運行維護費用、設備操作復雜程度以及焊槍行走靈活性等方面具有明顯的優勢。

目前，經過大量的工藝應用實驗發現：K-TIG焊接工藝適合于焊接低熱導率的金屬材料，隨著材料熱導率增加，小孔的穩定性降低。在焊接中厚板時，電弧收縮程度不夠，不利于形成穩定的穿透小孔，得到合格焊縫的工藝窗口較小。主要原因在于，目前K-TIG焊接采用自由電弧為熱源，自由電弧的形態決定于電極形態、電極間隙和電流值。一方面，經過陰極水冷后，電弧的能量密度提升有限。另一方面，水冷陰極對電弧的收縮效應只是在較短的弧長范圍內存在，焊接過程中電弧的微小波動會影響小孔的穩定性。因而，有必要改善電弧形態穩定性。總而言之，如何進一步改進K-TIG焊接工藝，有效地調控焊接電弧形態，保證小孔的穩定性，是穩定K-TIG焊接過程，保證得到質量合格焊縫的關鍵。

外加磁場壓縮電弧技術是一種改善電弧焊過程穩定性的常用方法，即通過改變電弧的形態，控制電弧的特性來提高焊接工藝的適應性。焊接中常用的磁場有三種：

(1)外加橫向磁場，即外加磁場的磁力線垂直通過電弧軸線；

(2)外加縱向同軸磁場，即外加磁場的磁力線方向與電弧軸線方向平行；

(3)外加環形磁場，它可使電弧弧柱的形狀變為橢圓形，使弧柱能量密度和電弧電場強度提高。

外加橫向交變磁場控制小電流(<10A)電弧，可以顯著地影響電弧形態及電弧能量密度，低頻交流磁場使電弧擺動，而高頻交流磁場可以使電弧收縮；隨外加磁場強度的增加，這種收縮效應逐漸加劇。但是，大電流電弧的挺度很大，該控制方法難以達到滿意效果。外加縱向磁場主要用來促使電弧旋轉，改變弧柱等離子流和電流密度的徑向分布，影響母材的加熱、熔化和焊縫成形。外加環形磁場能夠沿電弧周長對電弧產生作用力，常被用來改變電弧的壓縮形態，從而較顯著地改變電弧的熱-力特性。國外的學者對環形磁場約束電弧進行了很多研究。Yamaguchi利用鐵磁性材料圍繞噴嘴設計了外部同軸環形磁場，避免了磁致雙弧。日本大阪大學的Hirata課題組將尖頭磁場加載在等離子弧柱上方，弧柱被壓縮變形成能量密度更高的橢圓柱狀，驗證了能夠對拘束電弧進行磁致收縮。Arata等人測試了磁壓縮等離子電弧的基本特性后發現：經過尖頭磁場壓縮后，等離子弧柱橫截面由圓形變為橢圓形，電場強度增加，電流密度增加，將焊接速度提高了50％，得到外觀質量良好的焊縫。Nomura研究了磁頭分布對TIG電弧形態的影響，認為改變磁場形態能夠調整磁控電弧的形態，得到更大深寬比的焊縫。在國內，太原理工大學的趙彭生等人在焊接和切割領域對磁場壓縮等離子弧進行了大量的工藝應用實驗發現：等離子弧經雙尖角磁場再壓縮后，電弧截面壓扁，能量場及壓力場向長徑密集，電位梯度、最大電流密度及滯點壓力均有不同程度的增加，產生“雙弧”的臨界電流也有所提高；外磁場的引入使得焊接工藝性能及焊縫成形可以通過磁場強度和電弧方位進行大幅度的調節，從而提高等離子弧焊接的工藝適應性，擴大了它的應用范圍，同時可以一定程度上抑制雙弧的產生，提高焊縫成形的穩定性，提高焊接效率，對于中板的焊接能獲得良好的工藝窗口。國外的學者對環形磁場約束電弧進也行了很多研究。

上述研究中使用電磁鐵形成磁場，通過改變勵磁電流改變小孔形狀。但電磁鐵裝置較為繁雜、占用空間較大并且需要獨立的電源，不利于方便地安拆以適應靈活的焊接任務。

技術實現要素：

本發明要解決的是K-TIG焊槍焊接低熱導率的金屬材料時，隨著材料熱導率增加，小孔穩定性降低，同時在焊接中厚板時，電弧收縮程度不夠，不利于形成穩定穿透小孔，得到合格焊縫工藝窗口較小的技術問題，提供一種基于水冷永磁鐵的磁控K-TIG焊槍，使用永磁鐵代替電磁鐵構造環形磁場壓縮K-TIG焊接電弧，能夠增加電弧的拘束效應和穿透能力；同時設置水冷裝置包繞永磁鐵，以達到及時冷卻、減少退磁的目的，從而提高所得磁場穩定性，更好地拘束控制電弧。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種基于水冷永磁鐵的磁控K-TIG焊槍，包括焊槍槍頭，所述焊槍槍頭上固定有容置體和連接于所述容置體上部的蓋體，所述蓋體和所述容置體之間形成封閉空間；

所述蓋體中心開設有上下貫通的配合連接孔，所述配合連接孔兩邊對稱地設置有兩個上下貫通于所述蓋體的通水接口；所述蓋體底部沿周圈設置有密封凸臺；

所述容置體中心設置有上凸的配合連接管，所述配合連接管由下向上穿過所述蓋體的配合連接孔并與所述配合連接孔過渡配合，以使所述蓋體扣合于所述容置體；所述配合連接管的內孔為定位孔，用于使所述焊槍槍頭從中穿過并將所述容置體定位于所述焊槍槍頭；所述配合連接管設置有徑向均布的固定孔，所述固定孔內擰入螺栓以將所述容置體固定于所述焊槍槍頭；所述容置體上部沿周圈設置有密封卡槽，所述密封卡槽與所述蓋體的密封凸臺相匹配，且所述述密封卡槽與所述密封凸臺之間填充有防水密封劑以使所述蓋體與所述容置體周邊形成密封連接；所述容置體設置有位于所述配合連接管外周的通水腔室，所述通水腔室與所述蓋體的所述通水接口連通；所述容置體在所述通水腔室底部徑向均布地設置有四個磁鐵固定槽，每個所述磁鐵固定槽內設置有永磁鐵，所述永磁鐵表面及其與所述磁鐵固定槽的縫隙內均涂滿用于隔離冷卻水的防水密封劑；四個所述磁鐵固定槽內放置的永磁鐵形成N極與N極相對、S極與S極相對的分布。

所述容置體內設置的永磁鐵的上表面與所述焊槍槍頭的鎢極尖端齊平。

所述防水密封劑為302膠或574膠。

本發明的有益效果是：

本發明的基于水冷永磁鐵的磁控K-TIG焊槍，在焊槍槍頭處徑向均布永磁鐵形成環形磁場，進而對等離子弧產生拘束作用，能夠極大地壓縮等離子弧的橫截面積，增大等離子弧的能量密度，從而增加電弧的穿透能力，使焊槍具有更好的穿透性，提高焊接過程的穩定性、增加焊接速度，顯著提高焊接效率，節省焊接制造成本；尤其是在使用水冷鎢極壓縮陰極區域的同時，增加磁場收縮電弧柱，可以顯著改善K-TIG焊接的電弧特性；

本發明的基于水冷永磁鐵的磁控K-TIG焊槍，設置水冷裝置包繞永磁鐵，以達到及時冷卻、減少退磁的目的，避免貼近環繞電弧的永磁鐵由于高溫而導致退磁，從而提高所得磁場穩定性，更好地拘束控制電弧，使得本裝置可以適用于大工作電流形成的高溫工作環境，能更為穩定地壓縮等離子弧。

本發明的基于水冷永磁鐵的磁控K-TIG焊槍中，作為活動部分的蓋體和容置體可以方便地根據實際需求從焊槍上安拆或更換，采用體積較小不需要獨立電源的永磁鐵可以使得裝置小型化，在保證外加磁場的前提下，使焊槍結構更加緊湊，極大地簡化了裝置。

附圖說明

圖1是本發明所提供的磁控K-TIG焊槍的主視圖；

圖2是本發明所提供的磁控K-TIG焊槍的仰視圖；

圖3是蓋體的立體結構示意圖；

圖4是蓋體的仰視圖；

圖5是蓋體的主視圖(半剖)；

圖6是腔體的立體結構示意圖；

圖7是腔體的俯視圖；

圖8是腔體的剖面圖。

圖中：1：蓋體；101.密封凸臺；102.配合連接孔；103.通水接口；

2：容置體；201.磁鐵固定槽；202.通水腔室；203.配合連接管；204.定位孔；205.密封卡槽；206.固定孔；

3：焊槍。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

如圖1和圖2所示，本實施例提供了一種基于水冷永磁鐵的磁控K-TIG焊槍，主要包括蓋體1和連接在蓋體1下部的容置體2，蓋體1和容置體2構成一封閉空間并固定在焊槍1槍頭處，該封閉空間內設置徑向均布的永磁鐵，并在永磁鐵周圍設置水冷裝置，這樣在利用多磁極構造尖頭磁場，增加電弧的拘束效應和穿透能力的前提下，達到及時冷卻永磁鐵，減少退磁情況的目的，從而提高所得磁場穩定性，更好地拘束控制電弧。

如圖3至圖5所示，蓋體1的主體形狀為圓形平板結構，蓋體1中心開設有一上下貫通的圓形配合連接孔102，用于與容置體2中心部分形成配合。配合連接孔102兩邊對稱地設置有兩個上下貫通于蓋體1的通水接口103，通水接口103頂部向上伸出于蓋體1外表面，以連接外部水冷裝置。蓋體1底部外周設置有一環形的密封凸臺101，用于與容置體2周邊部分形成配合。

如圖6至圖8所示，容置體2的主體形狀為圓柱形空腔結構，容置體2中心設置有上凸的配合連接管203。配合連接管203與蓋體1的配合連接孔102同心設置且配合連接管203的外壁與蓋體1的配合連接孔102過渡配合，配合連接管203由下到上地從配合連接孔102穿過直至蓋體1扣合連接在容置體2上部。配合連接管203的內壁形成定位孔204，該定位孔204用于穿過焊槍1槍頭并使容置體2在焊槍1槍頭的適當位置定位，定位原則為避免蓋體1和容置體2連接后高度過低或過高以致接觸工件或拘束電弧效果不明顯，其中以使容置體2內設置的永磁鐵上表面與焊槍1鎢極尖端齊平為佳。配合連接管203中段徑向均布有固定孔206，該固定孔206用于擰入螺栓而將容置體2固定于焊槍1，同時蓋體1由于配合連接孔102與配合連接管203的穿套連接也一并固定。容置體2的外壁與配合連接管203之間的環形空間為通水腔室202，通水腔室202與蓋體1的通水接口103連通；焊接時蓋體1的兩個通水接口103分別作為進出水口連接外部冷卻水，冷卻水由通水接口103進入和流出通水腔室202形成冷卻水循環，以對永磁鐵進行持續地冷卻。容置體2在通水腔室202底部徑向均布有四個磁鐵固定槽201，磁鐵固定槽201的槽口平面在通水腔室202底面上，每個磁鐵固定槽201內設置有永磁鐵，永磁鐵表面以及其周圍與磁鐵固定槽201的縫隙內均涂滿防水密封劑，以隔離冷卻水。防水密封劑采用常見的固化型密封劑，可選用302膠(改性丙烯酸酯膠)或574膠(厭氧型密封膠)。容置體2外周設置有一圈密封卡槽205，該密封卡槽205與蓋體1底部的密封凸臺101相匹配，兩者相互配合以使蓋體1和容置體2周邊緊密連接，密封凸臺101與密封卡槽205之間也涂滿上述防水密封劑，避免冷卻水外溢。四個磁鐵固定槽201內放置的永磁鐵4應按照N極與N極相對、S極與S極相對的原則分布，即相對磁鐵固定槽201中永磁鐵磁極相同，相鄰磁鐵固定槽201中永磁鐵磁極相反。

使用本發明的磁控K-TIG焊槍，能夠通過永磁鐵構造的環形磁場對電弧進行約束，提高電弧穿透力，獲得更佳的工藝窗口；水冷設計保證了高溫工作環境對永磁鐵的磁性影響降低，穩定磁場從而提高電弧穩定性，進一步提高焊接的工作效率。在使用過程中，冷卻液流量應隨焊接電流提高而增大，從而保證冷卻效果和磁場穩定。

盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。