焊接方法和設備-第六章鎢極氬弧焊

1、焊接方法與設備焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊第六章 鎢極氬弧焊焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊基本原理焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊一、基本要求1、了解鎢極氬弧焊的特點及應用2、了解氣體保護的特點及鎢極氬弧焊焊槍的結構特點3、掌握鎢極氬弧焊幾種主要工藝的特點及工藝參數(shù)的選 擇原則4、掌握脈沖鎢極氬弧焊的工藝特點5、掌握鎢極氬弧焊的引弧方式及特點6、了解交流鎢極氬弧焊易出現(xiàn)的問題及解決方法三、重點1、鎢極氬弧焊的工藝特點及工藝參數(shù)的選擇原則3、脈沖鎢極氬弧焊的工藝特點4、鎢極氬弧焊的引弧方式焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊6-1鎢極氣體保護焊的特點及應用一）鎢極氣體保護焊的特點（一）特點1、TIG焊

2、具有以下優(yōu)點：1) 焊接過程穩(wěn)定 氬氣是單原子分子、不分解、熱導率很小，因此，電弧的 熱量損失少，電弧一旦引燃，就能夠穩(wěn)定 燃 燒； 鎢棒本身不會產(chǎn)生熔滴過渡，弧長變化較少，也有助于電 弧的穩(wěn)定燃燒。2) 焊接質(zhì)量好氬氣是一種惰性氣體，它既不溶于液態(tài)金屬，又不與金屬起任何化學反應；而且氬的原子量較大，有利于形成良好的氣流隔離層，有效地阻止氧、氮等侵入焊縫金屬。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊3) 適于薄板焊接、全位置焊接以及不加襯墊的單面焊雙面成形工藝用幾安培的小電流，鎢極氬弧仍能穩(wěn)定燃燒，而且熱量相對較集中，因此可焊接0.3毫米的薄板；4) 焊接過程易于實現(xiàn)自動化TIG焊的電弧是明弧，焊接過程

3、參數(shù)穩(wěn)定，易于檢測及控制，是理想的自動化乃至機器人化的焊接方法。5）焊縫區(qū)無熔渣，焊工可清除地看到熔池和焊縫成形過程。2、TIG焊具有以下缺點：1) 抗風能力差TIG焊利用氣體進行保護，抗側向風的能力較差。側向風較小時，可降低噴嘴至工件的距離，同時增大保護氣體的流量；側向風較大時，必須采取防風措施。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊2) 對工件清理要求較高由于采用惰性氣體進行保護，無冶金脫氧或去氫作用，為了避免氣孔、裂紋等缺陷，焊前必須嚴格去除工件上的油污、鐵銹等。3) 生產(chǎn)率低 由于鎢極的載流能力有限，致使TIG焊的熔透能力較低，焊接速度小，焊接生產(chǎn)率低。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊6-2鎢極

4、氬弧焊的焊接材料鎢極氣體保護焊的焊接材料主要有：保護氣體、填充金屬和電極材料等一、保護氣體一）選用的氣體TIG焊一般采用氬氣、氦氣、氬氦混合氣體或氬氫混合氣體作為保護氣體。氬氣應用最多的氣體，電弧穩(wěn)定 ，引弧特性好、焊縫成形好氦氣熱傳導性能比氬氣好,能實現(xiàn)更快的焊接速度, 焊鋁時氣孔更少；熔深和熔寬增加焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊二）氣體保護效果取決與流體流態(tài)和流量1、氣體的流態(tài)層流：管子中的氣體呈層狀或束流狀運動，各個質(zhì)點的運動方向均沿著軸向，相互之間不干擾或混雜。紊流：氣體在管內(nèi)流動時，氣體質(zhì)點之間相互干擾或混雜，內(nèi)部有許多旋渦。流態(tài)取決于雷諾系數(shù)d 管子直徑p 氣體速度 - 流體的粘滯

5、系數(shù)R小于或等于2300時為層流（R 2300時為紊流） 。即使?jié)M足上述條件管子兩端不是純層流。離開兩端（40-50） d才能變?yōu)閷恿骱附臃椒ê驮O備第六章鎢極氬弧焊（二）焊槍中噴出的氣體流態(tài)噴出的氣體之流態(tài)決定了保護效果，由于焊槍不可能做得很長，因此不可能為全部層流。只有近壁部分層流。改進措施：1）焊槍結構中加節(jié)流裝置，減小噴嘴入口氣流的紊亂程度，建立起較厚的層流。2）改善噴嘴內(nèi)氣流通道的形狀。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊（二）焊槍的結構作用：導通電流提供保護氣體固定鎢極1、氣體鎮(zhèn)靜室從焊槍的進氣口導噴嘴入口：使進入焊槍的氣體沿徑向均勻化。2、節(jié)流裝置銅網(wǎng)或金屬孔板，使氣體的流速變低，紊亂程

6、度降低，便于建立較厚的層流。3、噴嘴形狀及尺寸影響大圓柱形最后，收斂形稍差。噴嘴長度：內(nèi)壁光滑、出口邊緣成直角。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊二）、電極材料TIG焊電極的作用是導通電流、引燃電弧并維持電弧穩(wěn)定燃燒。要求：1）由于焊接過程中要求電極不熔化，因此電極必須具有高的熔點，鎢的熔點為3380C以上，可滿足要求。損耗：正常 - 氧化、蒸發(fā)異常：短路時，特別是與熔池短路時2）電流容量大：即一定直徑的鎢極允許通過的最大電流。允許過的電流是有限的，過大則鎢極熔化。形成熔球，電弧漂移。2）引弧及穩(wěn)弧性能好，還要求電極具有較低的逸出功、較大的許用電流、較小的引燃電壓。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊鋁

7、鎢釷鎢(+ThO2)鈰鎢(CeO)3.95eV4.31-5.162.631.36純鎢的逸出電壓較大，引弧性能不好，但由于可達到很高的溫度，穩(wěn)弧好。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊純鎢 WP:直流焊時引弧相對較差, 易形成光滑的球端，電流負載能力低、壽命短釷鎢 WT:引弧非常容易, 更高的負載能力，但稍帶放射性 鈰鎢 WC:性能優(yōu)于釷鎢：無放射性；壽命長；載流能力大（高5-8%）；陰極電壓低、電 弧穩(wěn)定。鑭鎢 WL:比釷鎢或鈰鎢有更長的使用壽命，但引弧性能不好。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊三）鎢極形狀小電流：錐形，電弧易于引燃，電弧集中，熔深大。大電流：錐臺形交流：球形DC 小電流 DC大電流A

8、Cdp=(1/31/4) dwdwl =(24) dw焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊三）、填充金屬采用TIG焊焊接厚板時，需要開V形坡口，并添加必要的填充金屬。填充金屬的主要作用是填滿坡口，并調(diào)整焊縫成分，改善焊縫性能。目前我國尚無專用TIG焊絲標準，一般選用熔化極氣體保護焊用焊絲或焊接用鋼絲。選用原則： 低碳鋼及低合金高強度鋼：一般按照等強度原則選擇焊接用鋼絲； 銅、鋁、不銹鋼：一般按照等成分原則選擇熔化極氣體保護焊焊絲。 焊接異種鋼時：如果兩種鋼的組織不同，則選用焊絲時應考慮抗裂性及碳的擴散問題；如果兩種鋼的組織相同，而機械性能不同，則最好選用成分介于兩者之間的焊絲。焊接方法和設備第六章鎢

9、極氬弧焊6-3電流種類及極性DC -DC+AC焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊一、直流正接工件接正極，鎢棒接負極特點：1）電流容量大 由于鎢極（通常為鈰鎢極或釷鎢極）的電子逸出功較小，電子熱發(fā)射能力強，對電極有冷卻作用，因此，較小直徑的鎢棒就可承載較大的電流。2）與直流反接相比，在同樣的焊接電流下，直流正接可采用較小直徑的鎢棒，這樣就使電流密度增大，從而提高了電弧穩(wěn)定性，3）在工件上形成窄而深的熔池。4）無破碎工件氧化膜的作用。實際生產(chǎn)中這種接法廣泛用于除鋁、鎂及其合金以外的其它金屬的焊接。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊二、直流反極性接法工件接負極，鎢接正極性1）電弧具有“陰極清理作用”，能去除

10、工件表面的氧化膜。實際生產(chǎn)中，這種接法僅用于焊接鋁、鎂及其合金的薄板。2）鎢極的載流能力較小，同樣電流需使用較大直徑的鎢極。電弧不夠穩(wěn)定。3）電子從工件的熔池表面產(chǎn)生，經(jīng)過電弧加速撞向電極，使鎢極易因過熱而燒損。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊DC- 正極性接法 100A DC反接法 100A交流 100A焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊三、交流TIG焊交流TIG焊機分為正弦波交流及方波交流兩種。 1 交流TIG焊的特點交流TIG焊的焊接電弧的極性發(fā)生周期性變化，因此， 工藝上兼有直流正接及直流反接的特點。1）負半波時，氬弧對工件產(chǎn)生陰極霧化作用；2）在交流正半波時，電弧的熱量主要集中于工件上，不

11、但使鎢極得以冷卻，還使焊縫得到足夠的熔深。交流TIG焊廣泛用于鋁、鎂及其合金的焊接，但交流TIG焊存在電弧不穩(wěn)及直流分量等問題，因此在焊接設備上應采取專門的措施予以解決。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊2、直流分量1）產(chǎn)生原因鎢極與工件的熔點不同；逸出功不同；幾何尺寸相差很大。使交流TIG焊正負半波的電導率、電弧電壓、再引燃電壓存在很大的差別。因此，正負半波電流不對稱，從而導致直流分量。2）危害直流分量既影響焊縫成形，降低陰極霧化作用惡化設備的工作條件，變壓器鐵芯易飽和，降低功率因數(shù)，是電弧電流的形狀偏離正弦，降低電弧的熱效率系數(shù)。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊u0uaI焊接方法和設備第六章鎢極

12、氬弧焊3）通常配置消除直流分量的裝置。1）正弦波交流TIG焊機通常通過在焊接主回路串接大容量無極性電容器的方法來消除直流分量，該方法既可完全消除直流分量，又不額外損耗能量。2）方波交流TIG焊機可通過調(diào)節(jié)正負半波的極性比（D=tSP/（tSP+tRP）來消除直流分量，當I+t+=I-t-時，直流分量為零。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊15% + 極85% + 極85% - 極15% - 極交流平衡調(diào)節(jié)的作用焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊3、 穩(wěn)弧裝置1）正弦波交流電弧正弦波交流電弧的電流、電壓過零時速度較慢，電源電壓達到再引燃電壓所需要的時間較長，因此存在較長的熄弧時間；特別是從正半波向負半波

13、轉變時，由于母材發(fā)射電子的能力很弱，電弧的重新引燃特別困難，所以正弦波交流TIG焊機必須采取穩(wěn)弧措施。 在焊接回路中串接一高壓脈沖發(fā)生器在焊接回路中加高頻振蕩器穩(wěn)弧脈沖一般施加在電流極性發(fā)生變化的瞬間。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊2）方波交流電弧方波交流電弧的電壓及電流過零時，電流及電壓的變化在瞬間內(nèi)完成因此在較低的電壓下（2040 V）就可使電弧再引燃，基本上無熄弧時間，電弧穩(wěn)定性很好。所以，方波交流TIG焊機無需任何穩(wěn)弧措施。t-t+I+I-tI焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊6-2鎢極氣體保護焊設備一、設備的分類TIG焊機的分類方法有多種。按操作方式分類: 手工TIG焊機和自動TIG焊機

14、兩種。按所用電源類型分類: 直流TIG焊機、交流TIG焊機及脈沖TIG焊機三種。此外還有交直流兩用TIG焊機；按引弧方式分類，可分為接觸引弧式和非接觸引弧式TIG焊機兩種。二、鎢極氣體保護焊設備的組成TIG焊機通常由弧焊電源、控制箱、焊炬、水冷系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)組成。自動TIG焊機還配有行走小車、焊絲送進機構等。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊（一） 電源外特性：陡降外特性或垂直外特性，主要是為了得到穩(wěn)定的焊接電流。電源空載電壓：70V以下（二） 控制箱及引弧裝置1控制箱控制箱中主要安裝焊接時序控制電路?？刂铺崆八蜌?、滯后停氣、引弧、電流通斷、電流衰減、冷卻水流通斷等。對于自動焊機，還要控制小車行走

15、機構行走及送絲機構送絲。2引弧裝置TIG焊的引弧方式有：接觸引弧及非接觸引弧兩種。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊1）非接觸引?。?）大電流TIG焊機一般不采用接觸引弧。因為短路電流使鎢極熔化、燒損，易使液態(tài)鎢進入熔池中，造成焊縫夾鎢，影響焊縫力學性能。（2）常用的非接觸引弧方式有兩種： 高頻振蕩器引弧當高頻振蕩器接通時，其輸出端可輸出頻率為150260 kHz、電壓為3000 V左右的高頻電壓，該電壓施加在鎢極和工件上，擊穿兩極間的氣隙，引燃電弧。通常將高頻振蕩器串接在焊接回路中。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊高頻振蕩器及其接法升壓變壓器T1火花放電器P：0.11.0mm振蕩電容Ck自耦變壓器

16、T2門殼開關K：只有低頻部分蓋住后才能接通保護電容CfP焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊其輸出端可輸出頻率為150260 kHz、電壓為3000 V左右的高頻電壓，該電壓施加在鎢極和工件上，擊穿兩極間的氣隙。振蕩消耗能量，只能維持半個周期的1/52/3的時間，經(jīng)過這么長的時間后，火花放電器停止放電恢復絕緣，如果不能引燃電弧，那么重復振蕩過程。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊高頻對周邊電子儀器影響焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊高壓脈沖引弧在引弧時，高壓脈沖發(fā)生器將20003000 V的高壓脈沖施加到鎢極和工件上，擊穿氣隙引燃電弧。常用于交流TIG焊機上。需要通過控制高壓脈沖相位，使之疊加在反極性半波

17、中空載電壓最大的相位處，以有利于電弧的引燃。高壓脈沖引弧裝置也廣泛用作交流TIG焊的穩(wěn)弧裝置，不過穩(wěn)弧時，高壓脈沖應施加在正半波向負半波轉變的相位處。穩(wěn)弧引弧焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊穩(wěn)弧：為什么要穩(wěn)??？高壓脈沖高頻振蕩器一般不用，因為難以保證相位關系。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊2) 接觸引弧 接觸引弧是通過接觸-回抽過程實現(xiàn)的。引弧時首先使鎢極與工件接觸，此時，短路電流被控制在較低的水平上（通常小于5 A），預熱但不熔化鎢極；鎢極回抽后，在很短的時間內(nèi)（幾微秒）將電流切換為所需要的大電流，將電弧引然。該方法僅適用于直流正接的直流氬弧焊機。其最大的優(yōu)點是避開了高頻電及高壓脈沖的干擾，可

18、用于計算機控制的焊接設備或焊接機器人中。電源采樣電流切換：短路：小電流提升：大電流焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊（三） 焊炬焊炬又叫焊槍，是TIG焊機的關鍵組成部件之一。1 焊炬的作用TIG焊炬又稱TIG焊槍，其主要作用是：1）夾持鎢極；2）傳導焊接電流；3）向焊接區(qū)輸出保護氣體。（四） 氣路和水路1 氣路系統(tǒng)TIG焊機的氣路系統(tǒng)由氣瓶、減壓閥、流量計、軟管及氣閥等組成。氣瓶盛放氬氣或氦氣。減壓閥將瓶中的高壓氣體壓力降低至焊接所需要的壓力。流量計用于控制氣體的流量。電磁氣閥用于控制氣流的關斷。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊6-4鎢極氣體保護焊工藝一）、焊前準備（一）接頭及坡口 形式1、TIG焊

19、常用的接頭形式：對接、搭接、角接、卷邊對接等。2、坡口加工原則：板厚小于3mm時，可開I形坡口；板厚在312mm時，可開V或Y形坡口。（二）焊前清理1、原則氬氣、氦氣均是惰性氣體，焊接過程中不與液態(tài)金屬發(fā)生任何化學反應，因此TIG焊無去氫、脫氧作用。為了保證焊接質(zhì)量，必須去除焊接接頭附近的氧化膜、油脂及水分。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊2、清理方法：機械清理：采用鋼絲刷、刮刀、砂布、噴砂或 噴丸等 化學清理：依靠化學反應去除工件及焊絲表面的氧化膜及油污。特別適合于鋁合金、鈦合金、鎂合金母材及焊絲的焊前處理。 化學機械清理焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊二、工藝參數(shù)的選擇原則（一）電流的種類及極

20、性不同的電流種類及極性具有不同的工藝特點，適用于不同材料的焊接。（二）電流大小焊接電流的大小決定熔深，因此，在選定了電流的種類及極性后，要根據(jù)板厚來選擇電流的大小，此外還要適當考慮接頭的形式、焊接位置等的影響。（三）焊接速度焊接速度影響焊接線能量，因此影響熔深及熔寬。通常根據(jù)板厚來選擇焊接速度，而且為了保證獲得良好的焊縫成形，焊接速度應與焊接電流、預熱溫度及保護氣流量適當匹配。焊接速度太快時，易出現(xiàn)未焊透、咬邊等缺陷；而焊接速度太慢時會出現(xiàn)焊縫太寬、燒穿等缺陷。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊（四）鎢極的直徑及端部形狀鎢極的直徑及形狀是重要的TIG焊接參數(shù)之一。通常根據(jù)電流的種類、極性及大小來選

21、擇。鎢極直徑的選擇原則是，在保證鎢極許用電流大于所用焊接電流的前提下，盡量選用直徑較小的鎢極。 鎢極的許用電流決定于鎢極直徑、電流的種類及極性。鎢極直徑越大，其許用電流越大。直流正接時，鎢極載流能力最大，直流反接時載流能力最小，交流時載流能力居于直流正接與反接之間。交流焊時，電流的波形對載流能力也具有重要的影響。電極的端部形狀對焊接過程穩(wěn)定性及焊縫成形具有重要影響，通常應根據(jù)電流的種類、極性及大小來選擇。脈沖TIG焊時，由于在基值電流期間鎢極受到冷卻，所以直徑相同的鎢極之許用電流值明顯提高。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊DCSP、大電流小電流交流大電流焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊（五）噴嘴孔

22、徑及氬氣流量噴嘴孔徑越大，保護區(qū)越大，但太大時，熔池及電弧的可觀察性變差。對于一定的噴嘴孔徑，保護氣流量有一個合適的范圍，流量太小時，氣體挺度差，保護效果不好；流量太大時，氣流層中出現(xiàn)紊流，空氣易卷入，保護效果也不好。噴嘴孔徑及氬氣流量通常根據(jù)電流的種類、極性及大小來選擇。(六) 鎢極伸出長度通常將露在噴嘴外面的鎢極長度叫做鎢極的伸出長度。伸出長度過大時，鎢極易過熱，且保護效果差；而伸出長度太小時，噴嘴易過熱。因此鎢極伸出長度必須保持一適當?shù)闹?。對接焊時，鎢極的伸出長度一般保持在5mm6mm。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊（七）噴嘴離工件的距離噴嘴離工件的距離要與鎢極伸出長度相匹配。一般應控制

23、在8 mm14mm之間。距離過小時，影響工人的視線，且易導致鎢極與熔池的接觸，使焊縫夾鎢并降低鎢極壽命；距離過大時，保護效果差，電弧不穩(wěn)定。鎢極伸出長度5mm6mm噴嘴離工件的距離8 mm14mm焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊6-5脈沖鎢極氬弧焊 脈沖TIG焊的焊接電流是脈沖直流或脈沖交流。 焊接電流參數(shù)有：基值電流Ib、脈沖電流Ip、脈沖持續(xù)時間tp、脈沖間歇時間tb、脈沖頻率f、脈沖幅比F（=Ip/Ib）和脈沖寬比K（=tp/tb）。分類：低頻（0.110Hz） 中頻（10500Hz ）高頻（10 30kHz）一）、低頻脈沖鎢極氬弧焊的工藝特點及應用脈沖鎢極氬弧焊具有如下特點1） 焊縫由焊

24、點組成脈沖電流持續(xù)期間：焊件上形成點狀熔池；脈沖電流停歇期間：維弧，熔池金屬凝固；焊縫由一系列焊點組成焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊IptptptbtbIb焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊為了獲得連續(xù)、氣密的焊縫，兩個脈沖焊點之間必須有一定的相互重疊，這要求脈沖頻率f與焊接速度w之間必須滿足下式： 2)小電流電弧穩(wěn)定、挺度好 小電流的TIG焊易飄弧，而脈沖TIG焊的電弧挺度好，穩(wěn)定性好。特別適于薄板焊接。 （最小電流可到0.1A，薄至0.025mm）式中Ld相臨兩焊點的最大允許間距，mm；f脈沖頻率，Hz；w焊接速度，mmmin-1。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊3） 電弧線能量低焊透同樣厚度的

25、工件所需的平均電流比一般TIG焊低20%左右，從而減小了線能量，這有利于縮小熱影響區(qū)及焊接變形。4）適用于不加襯墊的單面焊雙面成形及全位置焊接焊接熔池凝固速度快，熔池存在時間短，所以既能保證一定熔深，又不易產(chǎn)生過熱、流淌或燒穿現(xiàn)象。5）焊縫質(zhì)量好脈沖TIG焊縫由焊點相互重疊而成，后續(xù)焊點的熱循環(huán)，對前一焊點具有熱處理作用；同時，由于脈沖電流對點狀熔池具有強烈的攪拌作用，且熔池的冷卻速度快，高溫停留時間短，因此焊縫金屬組織細密，樹枝狀晶不明顯。這些都使得焊縫性能得以改善。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊2 中頻TIG焊頻率范圍為10500 Hz，其特點是小電流下電弧非常穩(wěn)定，且電弧力不象高頻TIG焊那樣高，因此是手工焊接0.5 mm以下薄板的理想設備。3 高頻TIG焊頻率范圍為1020 kHz。工藝特點是： 1) 電磁收縮效應增加，電弧剛性增大，高速焊時可避免因陽極斑點的粘著作用而造成的焊道彎曲或不連續(xù)現(xiàn)象； 2）電弧壓力大，電弧熔透能力增大； 3）電弧收縮程度高，熱影響區(qū)小 4) 熔池受到超聲波振動，其流動性增加，焊縫的物理冶金性能得以改善，有利于焊縫質(zhì)量的提高；因此，這種設備特別適用于薄板的高速自動焊。焊接方法和設備第六章鎢極氬弧焊三）、脈沖鎢極氬弧焊工藝參數(shù)