精選焊原理簡介和發(fā)展講義

（優(yōu)選）焊原理簡介與發(fā)展目前一頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)定義非熔化極惰性氣體保護(hù)焊（TungstenInertGasarcWelding），又稱TIG焊，實(shí)際生產(chǎn)中通常指鎢極氬弧焊（此后提到TIG焊均指鎢極氬弧焊），是采用鎢絲作為電極材料，并以惰性氣體“氬氣”作為保護(hù)氣體的一種電弧焊接方法。

它是利用專用的氬弧焊槍，從噴嘴中噴出氬氣流，保護(hù)電弧與空氣隔絕，電弧和熔池在氣流層的包圍中燃燒、熔化，通過填絲或不填絲，把兩塊分離的金屬牢固地連接在一起，形成永久性接頭的過程。目前二頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)目錄01020304氬弧焊設(shè)備不同材料的焊接與MIG焊對比TIG焊發(fā)展分支目前三頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)01氬弧焊設(shè)備目前四頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)氬弧焊設(shè)備水冷式氣冷式氬弧焊槍水冷系統(tǒng)送絲機(jī)構(gòu)水冷系統(tǒng)及送絲機(jī)構(gòu)交流、直流逆變式脈沖式氬弧焊機(jī)電源氬氣瓶、減壓器、氣體流量計(jì)、電磁氣閥供氣系統(tǒng)目前五頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)氬弧焊焊機(jī)組成目前六頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)氬弧焊機(jī)電源交流鎢極氬弧焊機(jī)

普通交流鎢極氬弧焊機(jī)是最簡單的焊接電源，它主要是焊接變壓器（即弧焊變壓器），弧焊變壓器的伏安特性通常為恒流特性。這種交流焊接電壓器，可分為動(dòng)鐵芯式和動(dòng)圈式兩大類。目前七頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)動(dòng)鐵芯式目前八頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)動(dòng)圈式目前九頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)弧焊電槍鎢極氬弧焊的焊槍，按冷卻類型可分為水冷式和氣冷式兩種。鎢極氬弧焊的電極，一般采用鎢鈰合金，這種合金電極的使用壽命長，損耗低，引弧性能好。噴嘴由陶瓷材料制作，絕緣、耐熱性好。目前十頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)供氣系統(tǒng)供氣系統(tǒng)包括氬氣瓶、減壓器、氣體流量計(jì)及電磁氣閥等。電磁氣閥是開閉氣路的裝置，它由焊機(jī)內(nèi)的延時(shí)繼電器控制?？善鸬教崆肮夂蜏笸獾淖饔?。當(dāng)切斷電源時(shí)，電磁氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)；接通電源后氣閥芯子聯(lián)通密封塞被吸上去，氣閥打開，氣體進(jìn)入焊炬。目前十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)水冷及送絲水冷系統(tǒng)TIG焊在采用大電流或連續(xù)焊接時(shí)，需要有一套水冷卻系統(tǒng)，用于冷卻焊炬和導(dǎo)線電纜。水冷系統(tǒng)一般可以采用城市自來水或獨(dú)立的循環(huán)冷裝置。在水路中，裝有水壓開關(guān)，以保證在冷卻水接通后才能啟動(dòng)焊機(jī)。目前十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)水冷及送絲送絲機(jī)構(gòu)在自動(dòng)或半自動(dòng)TIG中，送絲裝置是重要的組成部分。送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，直接影響著焊接質(zhì)量。通常，細(xì)絲（焊絲直徑小于3mm）采用等速送絲方式；粗絲（焊絲直徑大于3mm）采用弧壓反饋的變速送絲方式。目前十三頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)02與MIG焊對比目前十四頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG焊MIG焊（MetalInertGasArcWelding），熔化極惰性氣體保護(hù)焊，是使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質(zhì)，并保護(hù)金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。目前十五頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG焊在熔化極電弧中，高溫等離子體中的氣體原子電離成正離子和電子，電子從陰極向陽極運(yùn)動(dòng)，而正離子從陽極向陰極運(yùn)動(dòng)，采用直流反極性接法（DCEP）時(shí)（熔化極電弧焊通常采用的這種接法），電子從工件向焊絲運(yùn)動(dòng)，正離子從焊絲向工件運(yùn)動(dòng)。電子是電流的主要載體，電子流占電流的絕大多數(shù)。傳統(tǒng)電流方向是從焊絲指向工件。目前十六頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG焊MIG焊具有以下特點(diǎn)：(1)單原子惰性氣體保護(hù)，電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴細(xì)小，熔滴過渡過程穩(wěn)定，飛濺小，焊縫冶金純凈度高，力學(xué)性能好。(2)焊絲作為熔化極，電流密度高，母材熔深大，焊絲熔化速度和焊縫熔敷速度高，焊接生產(chǎn)率高，尤其適用于中等厚度和大厚度結(jié)構(gòu)的焊接。(3)鋁及鋁合金的MIG焊時(shí)，一般采用直流反極性，具有良好的陰極清理作用，用亞射流過渡時(shí)，電弧具有很強(qiáng)的固有自調(diào)節(jié)作用。(4)幾乎可焊所有金屬，尤其適用于鋁鎂及其合金，銅及其合金，鈦、鎳及其合金，不銹鋼等材料的焊接。目前十七頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG和TIGMIG焊與TIG焊的電源一般而言，MIG焊采用直流正極性接法，即，直流正接。當(dāng)采用直流正接時(shí)，MIG焊焊絲端為陽極，電子從陰極向陽極運(yùn)動(dòng)，使得陽極溫度更高，焊絲熔化速度更快。而使用TIG焊時(shí)，一般采用直流反接或正弦波交流電。當(dāng)使用正弦波交流電時(shí)，電極、母材正負(fù)形互相變化，這是為了防止鎢極過熱而造成鎢極的損耗。另外，電子打向工件時(shí)，可以起到清理工件表面氧化層的作用。這種清洗作用廣泛運(yùn)用于鎂鋁及其合金的焊接當(dāng)中。目前十八頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG和TIG保護(hù)氣體的選擇TIG焊時(shí)，為了得到穩(wěn)定的電弧和較大的熔深，經(jīng)常要使用一定范圍內(nèi)的氬、氦混合氣體作為保護(hù)氣體，一般混合氣體的比例，氬氣要控制在20%~25%；氦氣為75%~80%，這種混合比，能保持穩(wěn)定的熔深，并與弧長波動(dòng)無關(guān)。并且在大多數(shù)時(shí)候，還可以使用純氬。MIG焊時(shí)，為了改善電弧的穩(wěn)定性，通常還會(huì)加入1%的氧。目前十九頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG和TIG熔滴過渡對于所有的MIG焊來說，熔滴過渡的促進(jìn)力基本上是相同的。過渡熔滴的大小隨著焊接方法和工藝參數(shù)的不同而不同，有些情況下比焊絲直徑小，有些情況下比焊絲直徑大得多。熔滴穿過電弧進(jìn)行過渡的方式受表面張力、等離子流力、重力以及具有收縮效應(yīng)的電磁力等的控制。熔滴上受到的這些力的合力決定了熔滴過渡的具體方式。對于TIG焊來說，如果不額外使用焊絲，就不存在熔滴過渡的問題。如果使用焊絲，則溶度過渡距離只有一半，因?yàn)楹附z處在電極與工件的中間位置。另外，由于直流反接或使用正弦波交流電，因此熔滴的受力情況也不一致。目前二十頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG和TIG適用范圍MIG焊適用于鋁鎂及其合金，銅及其合金，鈦、鎳及其合金，不銹鋼等材料的焊接。焊接速度較快，是TIG焊的五倍以上效率，熔敷效率高，可以方便地進(jìn)行各種位置的焊接。大部分為自動(dòng)焊。TIG焊適用于幾乎所有金屬，焊縫質(zhì)量高，電弧穩(wěn)定，但是熔深較小，成本高，效率很低。是連接薄板和打底焊的極佳焊接方法。大部分為手工焊。目前二十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)MIG和TIG焊縫質(zhì)量目前二十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)03不同材料的焊接目前二十三頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼的焊接性良好，因此非常適合使用TIG焊。奧氏體不銹鋼的熱導(dǎo)率小，線脹系數(shù)大。為了保持低的線能量，與碳鋼相比，應(yīng)選用較小的電流，因?yàn)椴讳P鋼傳熱較差，容易導(dǎo)致過熱；線脹系數(shù)大，隨著線能量的增加，會(huì)導(dǎo)致更大的變形。因此，焊接時(shí)會(huì)引起焊縫間隙尺寸的較大變化，增大了金屬的熔化速度。

一般而言，焊接速度在100~150mm/min之間，焊接電流根據(jù)焊縫厚度在50~200A選擇。平焊時(shí)比立焊時(shí)電流略大。氬氣隨著焊絲直徑的增大而增加。目前二十四頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)鋁及鋁合金鋁的化學(xué)活潑性強(qiáng)，極易被氧化，在室溫中與空氣接觸時(shí)，就會(huì)在表面想成一層致密的氧化層。這種特性使鋁及率和靜的焊接生產(chǎn)工藝過程難以進(jìn)行；焊接時(shí)，要采用很多的措施來清除來清除這種氧化膜，以保證焊接質(zhì)量。

鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)具體有以下幾點(diǎn)：

（1）極容易被氧化

（2）容易產(chǎn)生氣孔

（3）熱裂紋傾向大

（4）需用強(qiáng)熱源焊接

（5）易燒穿和塌陷

（6）易變形

（7）合金元素容易蒸發(fā)和燒損

（8）焊接熱對基體金屬強(qiáng)度的影響目前二十五頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)鋁及鋁合金目前二十六頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)鎂及鎂合金TIG焊是鎂及鎂合金最普遍采用的焊接方法。采用TIG來焊接鎂及鎂合金，能提高精度地控制輸入量。像鋁一樣，鎂是一種活潑性強(qiáng)的活性金屬，鎂能在氧氣中燃燒，它的表面總是覆蓋著一層氧化物，采用交流焊接能滲透它。鎂的其他特點(diǎn)是導(dǎo)熱性強(qiáng)、線膨脹系數(shù)大和熔點(diǎn)低（651℃）。因而，焊接時(shí)必須高精度地控制熱輸入量。焊接時(shí)，要采用短弧，在熔池的前沿加入焊絲，一般要采用全惰性氣體保護(hù)，防止氧化。目前二十七頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)鎂及鎂合金目前二十八頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)04TIG焊發(fā)展分支目前二十九頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)激光輔助TIG焊激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)由英國倫敦帝國大學(xué)學(xué)者W.Steen于20世紀(jì)70年代末期首次提出，其特有的優(yōu)越性和應(yīng)用潛力受到人們的廣泛關(guān)注。

它是將物理性質(zhì)能量傳輸機(jī)制截然不同的兩種熱源復(fù)合在一起，同時(shí)作用于同一加工位置的焊接方法，激光與電弧的復(fù)合使得兩種熱源充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，又相互彌補(bǔ)了對方的不足，從而形成一種高效穩(wěn)定的熱源。

作用機(jī)理：在這種方式中，電弧能量占據(jù)主要作用，一般采用不足以形成深熔小孔的激光輔助電弧進(jìn)行焊接。2001年美國的等人首先對這種低功率激光輔助電弧焊接方法進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)利用一個(gè)能量很低的激光束就能夠引燃引導(dǎo)和壓縮電弧。目前三十頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)激光引弧機(jī)制目前三十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)激光引弧機(jī)制目前三十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)激光引弧機(jī)制目前三十三頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)激光引弧機(jī)制目前三十四頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)簡介目前三十五頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果激光對焊縫形貌的影響圖3.兩種焊接方法焊接表面形貌。目前三十六頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果激光對焊縫熔深、熔寬的影響表1.TIG焊和激光輔助TIG焊接頭組織寬度目前三十七頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果激光對焊縫組織的影響圖4.焊縫中心區(qū)微觀組織對比目前三十八頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果激光對接頭抗應(yīng)力性能的影響圖4.焊縫中心區(qū)微觀組織對比目前三十九頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)結(jié)論目前四十頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)活性劑TIG焊活性劑TIG焊，又稱A-TIG，它是通過焊前在待焊工件表面涂覆某種活性焊劑，以引起電弧收縮、電弧能量密度增加、電弧力增強(qiáng)，熔池熔液表面張力增加，最終使得焊縫熔深增加的焊接方法。

該方法最早是烏克蘭巴頓焊接研究所（ＰＷＩ）在２０世紀(jì)６０年代開發(fā)出的，但直到９０年代末歐美國家的研究機(jī)構(gòu)（如美國的愛迪生焊接研究所和英國焊接研究所等）才開展廣泛的研究，其中英國焊接研究所開發(fā)的焊劑已經(jīng)在海軍造船業(yè)中使用。目前該焊接方法已經(jīng)應(yīng)用于碳鋼、不銹鋼、鎳基合金、鈦合金及鋁合金的焊接，其生產(chǎn)效率高、成本低、焊接變形小，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前四十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)A-TIG工藝特點(diǎn)

常規(guī)TIG焊主要缺點(diǎn)是熔深較淺（小于3mm），焊接效率低，焊接參數(shù)對材料成分的變化比較敏感，對于厚板焊接需要開坡口以便進(jìn)行多道焊，多道焊時(shí)焊接變形和熱影響區(qū)變大，影響接頭質(zhì)量；加大焊接電流可以增加焊接熔深，但是熔寬和熔池體積亦會(huì)增加，并且增大幅度遠(yuǎn)大于熔深增幅；同時(shí)還會(huì)增加鎢極的損耗，造成焊縫金屬的污染。在相同的焊接規(guī)范下，A-TIG焊接電弧會(huì)產(chǎn)生明顯的收縮，熔池的流動(dòng)也發(fā)生顯著變化，可以使熔深增加1~2倍。對于8mm厚板焊接可以不開坡口一次焊透，對于薄板可以在不改變焊接速度的情況下減小焊接熱輸入。

與常規(guī)TIG焊相比較，A-TIG焊不僅可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，而且還可以減小焊接變形，具有非常重要的應(yīng)用前景。與同等厚度的常規(guī)TIG焊接相比，非常適合薄壁小直徑管－管、管－板的焊接。與傳統(tǒng)的焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊等焊接方法相比，A-TIG焊焊接質(zhì)量更可靠，生產(chǎn)效率更高；與先進(jìn)的激光焊、電子束焊以及等離子弧焊相比，A-TIG焊所用的活性焊劑成分范圍大，來源豐富，價(jià)格便宜，無需昂貴的焊接設(shè)備，使得A-TIG焊具有成本低、經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)。目前四十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十一點(diǎn)機(jī)理

活性焊劑增大A-TIG焊熔深的機(jī)理

有關(guān)活性焊劑增加A-TIG焊熔深作用機(jī)理的研究，目前認(rèn)為最具代表性的理論是Simonik提出的“電弧收縮理論”和“Heiple”提出的“表面張力溫度梯度改變理論”。前者討論的是活性焊劑與電弧之間的作用，認(rèn)為活性焊劑的加入會(huì)金銀器電弧收縮，電弧電導(dǎo)面積減小，電流密度增大，單位面積熱輸入增加，從而增大熔深。后者討論的是活性焊劑與熔池金屬之間的作用。當(dāng)熔池表面沒有表面活性元素時(shí)，表面張力溫度梯度為負(fù)值，表面張力隨溫度的升