基本信息
- 项目名称：
- 新型等离子弧发生器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 这是一把新型等离子弧发生器。针对目前等离子弧发生器价格昂贵，结构复杂的现状，通过对国内外等离子弧发生器结构的分析，提出采用双锥形夹紧器和零部件几乎全部采用回转体结构等一系列优化改进措施，提高了电极对中度和枪体冷却效果。设计理念上，在保证等离子弧发生器质量的前提下，尽可能使结构简单、体积更加精小、降低制造难度、减小加工成本。本发明对等离子弧发生器质量的提高和成本的降低起到一定的积极作用。
- 详细介绍：
- 等离子弧焊接方法具有电弧能量集中、焊接变形小和厚板一次单面焊接双面成形等优点。等离子电弧由于受等离子枪体机械压缩、热压缩和电弧自身电磁压缩，使等离子电弧能量高度集中，在厚板焊接中具有绝对优势。由于等离子弧是靠枪体压缩产生的，所以枪体的结构对等离子弧的压缩效果、稳定性及其电弧力和热特性方面起到了决定性的作用。目前国外等离子弧焊枪价格昂贵，结构复杂，而国内等离子弧焊枪几乎都是仿造进口等离子弧焊枪结构。因此，对推广等离子弧焊接方法极为不利。设计好的枪体应当具有十分良好的电弧引燃性能和电弧稳定性、钨极对中性、优异的自身冷却和密封性、适当的压缩比和紧凑的枪体结构。 现有等离子弧焊枪结构复杂，实现其加工精度难度非常之大。鉴于这些问题本设计提出一系列优化改进发生器结构的措施：由原来的圆柱夹紧机构改为“双锥”面结构并缩短其与喷嘴距离，来保持更好的对中性；设计理念上，在保证等离子弧发生器质量的前提下，尽可能使结构简单、体积更加精小、降低制造难度、减小加工成本。几乎所有零部件都采用了回转体结构，为实现降低制造难度和提高加工精度提供了保障。优化了冷却腔体结构使钨极和喷嘴得到有效冷却。由于电极对中度和枪体冷却效果的提高，等离子弧发生器可承受的电流值更大，等离子弧更加稳定，有效避免了等离子弧焊接过程中常出现的“双弧”现象，可满足大厚板高质量焊接要求。由于加工制造难度降低，结构更加紧凑，节省了大量原材料和制造成本。 Hobart公司生产的等离子弧焊枪价格在4万人民币以上；Thermal Dynamics公司生产的等离子弧焊枪价格在2万人民币以上；国产三力易胜大功率等离子弧焊枪价格也在1万人民币以上。本设计等离子弧焊枪如能实现批量生产价格在0.5万人民币以下，不但提高了等离子弧发生器质量，而且由于采用了新的设计制造理念，大幅度降低了等离子弧发生器的制造成本，为等离子弧焊接在多种焊接结构中的广泛应用起到一定的的推动作用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目前国外等离子弧焊枪价格昂贵，结构复杂，而国内等离子弧焊枪几乎都是仿造进口等离子弧焊枪结构，对推广等离子弧焊接方法极为不利，鉴于这些问题设计了新型等离子弧发生器。 新型等离子弧发生器由原来的圆柱夹紧机构改为“双锥”面结构并缩短其与喷嘴距离，来保持更好的对中性；设计理念上，在保证等离子弧发生器质量的前提下，尽可能使结构简单、体积更加精小、降低制造难度、减小加工成本。几乎所有零部件都采用了回转体结构，为实现降低制造难度和提高加工精度提供了保障。优化了冷却腔体结构使钨极和喷嘴得到有效冷却。由于电极对中度和枪体冷却效果的提高，等离子弧发生器可承受的电流值更大，等离子弧更加稳定，有效避免了等离子弧焊接过程中常出现的“双弧”现象，可满足大厚板高质量焊接要求。由于加工制造难度降低，结构更加紧凑，节省了大量原材料和制造成本。 主要的技术指标：额定焊接电流为400A，能够进行交直流的焊接。
科学性、先进性
- 电极的对中直接影响电弧的对称分布，从而影响焊接试件上温度场分布。当温度场分布不均匀时就很难保持穿孔熔池上的“力”和“热”的平衡，焊缝质量自然会得不到保证。 （1）设计理念上在保证等离子弧发生器质量的前提下，尽可能使结构简单、体积更加精小、降低制造难度、减小加工成本。 （2）现有的枪体上钨极对中是由枪内的瓷导向套和钨极夹与夹紧螺母接触面相对钨极的垂直度来保证，瓷导向套易炸裂，钨极夹与夹紧螺母接触面相对钨极的垂直度全凭加工精度来保证，这使加工成本大幅增加。改进后省去了原等离子枪内的瓷导向套，并采用双锥面钨极夹，该钨极夹前后两锥面的开槽呈交叉90度，在钨极夹的前后形成对钨极的牢靠夹紧，钨极不会产生任何方向的晃动。 （3）进口等离子焊枪的水冷腔大都为椭圆形奥氏体不锈钢，不易加工，成本高。新型等离子焊枪枪体零件全部采用回转体结构，便于机械加工，提高加工精度。 在满足等离子焊枪使用性能的前提下，使体积更加精小、轻便，节约原料，减小加工制造成本，更有利于等离子弧焊接方法的推广。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年校学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 样品已经制作、测试完成，现正进行着根据测试结果，对等离子弧发生器结构的进一步改进工作。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、设计图纸、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 1、钨极和喷嘴的对中性好，并能进行调节。 2、结构简单，便于加工和装配。 3、等离子焊枪零、配件数少，降低了总体成本。 4、能对钨极和喷嘴进行有效冷却。 5、体积小、重量轻，便于操作和观察钨极对中和尖部烧损情况。 6、新型等离子焊枪成本低，额定电流为400A的等离子弧发生器价格在0.5万人民币以下。
同类课题研究水平概述
- 当前能够生产等离子焊枪的厂商有：Hobart公司、Thermal Dynamics公司、和国内的三力易胜公司等。 Hobart公司生产的，专用于铝合金变极性等离子弧焊接的等离子弧焊枪，其价格为4万人民币。目前国内大功率等离子弧焊枪主要用Thermal Dynamics公司制造的等离子弧焊枪，其价格为2万多人民币。北京三力易胜公司制造的等离子弧焊枪容量较小，只适合小功率薄板焊接，其价格也在1万人民币左右。
