焊接方法與設(shè)備使用鎢極惰性氣體保護電弧焊方法與設(shè)備使用的知識

焊接方法與設(shè)備使用

2009.2國家重點培育院校焊接技術(shù)及自動化專業(yè)精品課程1淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367任務(wù)5鎢極惰性氣體保護電弧焊

方法與設(shè)備使用（TIG）2淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367重點：①TIG焊的焊材：電極、焊絲；②TIG焊工藝；③脈沖TIG焊難點：①交流TIG焊；②TIG焊工藝（尤脈沖焊工藝）學習建議：①應(yīng)把TIG焊與其它焊接方法的特點進行對比，以促進理解、把握關(guān)鍵；②課本的內(nèi)容不夠完善，應(yīng)注意所補充的有關(guān)電極、工藝措施、脈沖TIG焊等有關(guān)內(nèi)容；③通過練習制訂相應(yīng)的焊接工藝等實踐環(huán)節(jié)來培養(yǎng)和提高工藝能力和經(jīng)驗。3淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367第一節(jié)TIG焊的特點及應(yīng)用幾個概念：

鎢極惰性氣體保護電弧焊（tungsteninert-gasarcwelding）使用純鎢或活化鎢（釷鎢、鈰鎢等）作為電極的惰性氣體保護電弧焊，簡稱TIG焊,GB/T5185-1985的標注代號是141。

鎢極氣體保護電弧焊GTAW（gastungstenarcwelding）

鎢極氬弧焊argontungstenarcwelding（141）

氬弧焊argonarcwelding背景：1930s，航空工業(yè)的大發(fā)展提出有色金屬的焊接要求，而MMA和SAW不能很好地解決這個問題（此前有原子氫焊，但氫危險且焊鋼時有焊縫增氫問題）。為適應(yīng)有色金屬的焊接，鎢極氬弧焊應(yīng)運而生。4淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367一、TIG焊的原理（如圖）二、TIG焊的特點優(yōu)點（1）幾乎可以焊接所有的金屬或合金（2）焊接質(zhì)量好（焊縫純凈、成形好、熱影響區(qū)小）（3）適于薄板及打底／全位置（4）無飛濺缺點焊接效率低、成本高；對焊前清理要求嚴格；需要特殊的引弧措施；紫外線強烈、臭氧濃度高；抗風能力差。焊接過程動畫5淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367三、TIG焊的應(yīng)用

材料：多用于有色金屬及其合金厚度：多用于薄件（從生產(chǎn)效率考慮，以3mm以下為宜）位置：多用于打底（單面焊雙面成形），薄件及管-管、管-板也用于填充和蓋面6淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367第二節(jié)TIG焊的電流種類和極性TIG焊電流種類和極性計有直流：正接反接交流：正弦交流變極性方波交流它們各有不同的特點和適用場合，應(yīng)正確選擇。一、直流TIG焊

極性

優(yōu)點缺點

應(yīng)用

正接(DCEN)

載流能力強、熔深大、燒損少、引弧易

沒有陰極清理作用

用于大多數(shù)的焊接場合（除Al、Mg外）

反接(DCEP)

有陰極清理作用

載流能力弱、熔深小、燒損嚴重、引弧難

實際很少采用正接與反接焊接效果圖7淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367鎢極電流承載能力及陰極清理作用（陰極霧化作用）的機理

直流正、反接時帶電粒子的運動如圖：

反接時如左圖，工件為陰極，正離子向工件運動。因陰極區(qū)有很高的電壓降，在電場作用下正離子高速撞擊工件（上的氧化膜），使氧化膜破碎、分解而被清理掉。又由于陰極斑點總是優(yōu)先在氧化膜處形成（那里電子逸出功低），陰極斑點又在鄰近氧化膜上發(fā)射電子，繼而氧化膜又被清除……

正接時如右圖，這時電子向工件運動，雖數(shù)量多，但體積、質(zhì)量太小，不能擊碎氧化膜，沒有清理作用。但此時大量電子從鎢極上發(fā)射，帶走大量能量（對鎢極產(chǎn)生冷卻作用），所以鎢極燒損少、電流承載能力大。但這時大量電子從工件向鎢極運動，把大量能量交給鎢極，導致其溫度升高而燒損。要避免燒損，只有減小電流?。娏鞒休d能力通常只有正接的1/10，電流太小，無實用價值。）8淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367二、交流TIG焊

⑶變極性方波交流itit

應(yīng)用：用于焊接鋁、鎂、鋁青銅等合金（表面易氧化、氧化膜致密）。正半周電極燒損降低，負半周獲得陰極清理作用／熔深和鎢極的電流承載能力介于DCEN與DCEP之間（左圖）。DCENAC⑴正弦波交流交流的電流形式⑵變脈寬方波交流ti

正弦波交流：設(shè)備簡單，但電弧穩(wěn)定性差（要有特別穩(wěn)弧措施）、有直流分量（要有特別措施消除）。

變脈寬方波交流：設(shè)備復(fù)雜，但電流參數(shù)靈活、電弧穩(wěn)定、鎢極燒損少，比正弦波交流有優(yōu)勢。

變極性方波交流：特點與變脈寬方波交流相同，但更好（因負半周電流大小對陰極清理作用影響更大）9淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367交流TIG焊由于電弧每秒100次過零點，加上電極（鎢）與焊件（鋼、鋁等）的物理性質(zhì)、體積差別巨大，導致正、負半波電流波形嚴重不對稱（正半波大、負半波?。瑤硪韵聠栴}需要解決：1、過零點復(fù)燃（穩(wěn)弧）解決辦法：用高壓脈沖（≥1500V）穩(wěn)弧2、回路直流分量的消除解決辦法：在回路中串接電容器（隔直傳交）it10淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367

除以上的電流形式外，TIG焊還可以用脈沖電流形式（包括直流脈沖和交流脈沖，將在第五節(jié)介紹）11淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367第三節(jié)TIG焊設(shè)備編號方法如WSJ-400、WSM-400、WSE-400等（各項字母的意義參見GB/T10249-1988《電焊機型號編制方法》）一、分類及組成分類（略）組成：電源控制系統(tǒng)引／穩(wěn)弧裝置焊槍供氣系統(tǒng)（水冷系統(tǒng)）(自動焊設(shè)備還應(yīng)包括焊接小車和送絲裝置)12淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367（一）焊接電源直流電源、交流電源、交直流電源均采用陡降或垂直下降外特性。陡降外特性的電源與普通電弧焊的并無多大差別，原則上可以通用。

多特性電源（我國清華大學1980s的專利）逆變電源（發(fā)展方向）13淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367（二）焊槍及電極1、焊槍（編號規(guī)則見P140）水冷焊槍QS（大電流焊接用I＞100A）如：QS-75/400氣冷焊槍QQ（小電流焊接用I≤100A）如：QQ-85/100-C結(jié)構(gòu)組成如右圖，外觀如下圖。14淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367噴嘴內(nèi)徑DN、長度l0和鎢極直徑dw之間的關(guān)系大致為（單位mm）：DN=(2.5~3.5)dwL0=(1.4~1.6)DN+(7~9)噴嘴有陶瓷、純銅、石英噴嘴。陶瓷噴嘴焊接電流不能超過350A，純銅噴嘴使用電流可達500A。常用的以陶瓷噴嘴比較多見。各種形狀的噴嘴見右圖。

噴嘴孔徑與鎢極尺寸之間的相應(yīng)數(shù)值關(guān)系大致為：

噴嘴孔徑/mm鎢極直徑/mm6.40.581.09.51.6或2.411.13.215淘寶才智在線淘寶才智在線QQ5234583672、電極

純鎢----應(yīng)用最早，適用交流焊接，綜合性能欠佳釷鎢----傳統(tǒng)電極，綜合性能較好，國外多用，有放射性。鈰鎢----在低電流下有優(yōu)良的起弧性能，維弧電流較小，常用于管道、不銹鋼制品和細小精致部件的焊接。放射性劑量極低，在直流小電流時，是釷鎢電極的首選替代品。鑭鎢----焊接性能優(yōu)良，耐用電流高而燒損率低；導電性能接近于2％釷鎢（無論交直流，對習慣了釷鎢的焊工，無需改變?nèi)魏魏附硬僮鞒绦蚓湍芊奖愕厥褂眠@種鎢極，以免受放射性危害）。鋯鎢----在交流條件下，焊接性能良好，尤其在高負載電流時，電極端部能保持圓球狀而減少滲鎢現(xiàn)象，并有良好的抗腐蝕性。（抗氧化性強，可用于空氣等離子弧切割）釔鎢----焊接時弧束細長，壓縮程度大，在中、大電流時其熔深最大。目前主要用于軍事工業(yè)和航空航天工業(yè)。復(fù)合電極----在鎢基中添加兩種（以上）稀土氧化物，全面提高電極的綜合性能。（目前未見定型產(chǎn)品，已列入國家新產(chǎn)品開發(fā)計劃，應(yīng)密切關(guān)注）。

注意：不同的電極在端部有不同的顏色標記，可據(jù)此判斷電極的種類（點擊看附表）16淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367補充：1、鎢極的端部形狀為適應(yīng)不同場合的焊接要求，鎢極端部要磨成不同的形狀，常見的有（如圖）：（1）尖錐狀適用于直流（正接），交流亦可銳角（通常為30°左右）尖錐狀----適用于小直徑鎢極、小電流焊接的場合鈍角尖錐狀（通常>90°）----適用于大直徑鎢極、大電流焊接的場合

不同的錐角時電弧的形態(tài)和焊縫熔深見上圖。尖錐狀的電極為防止尖端燒損，可把尖端磨成一個小平臺。（2）(半)球狀適用于交流焊接17淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367★打磨鎢極應(yīng)注意使端部形狀均勻一致、磨痕方向正確。18淘寶才智在線淘寶才智在線QQ5234583672、打磨鎢極的安全措施

磨削鎢極應(yīng)采用密封式或抽風式砂輪機（有專用的鎢極磨尖機），焊工應(yīng)帶口罩，磨削完畢，應(yīng)用肥皂洗凈手臉，最好下班后淋浴。釷鎢極和鈰鎢極應(yīng)放在鋁盒內(nèi)保存。

★修磨鎢極的方法可參見:威特仕（深圳）焊接有限公司代理的鎢極磨尖機國外的鎢極磨尖機19淘寶才智在線淘寶才智在線QQ5234583672、氣體1、氬氣----應(yīng)符合GB∕T4842-1995《純氬》的要求，純度≥99.99％（V∕V）焊接用的氬氣常以氣態(tài)形式裝于氣瓶中。氣瓶的最高工作壓力為15MPa，瓶身涂色為灰色并注有綠色“氬”字樣。2、氦氣----應(yīng)符合GB4844.2-1995《純氦》的要求，純度≥99.99％（V∕V）（合格品）以上均為惰性氣體（惰性在此的意義：既不與金屬發(fā)生反應(yīng)，也不溶解于液態(tài)金屬中）★TIG焊既可以用純氬氣，也可以用氦氣（電弧熱量大）但價格昂貴，同時也可以用混合氣體包括惰性混合氣（如Ar-He混合氣）和活性混合氣（如Ar-CO2等）。詳細??20淘寶才智在線淘寶才智在線QQ5234583673、焊材

TIG焊的焊材主要為實芯焊絲（焊棒<rod>）。（1）鋼類焊絲可用的焊絲包括：

①實芯焊絲⑴GB/T14957-1994《熔化焊用鋼絲》⑵YB/T5092-1996《焊接用不銹鋼絲》⑶GB/T8110-1995《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》都可選用，其中GB/T8110-1995被推薦用于鎢極氣體保護電弧焊。

②藥芯焊絲（包括GB/T10045-1988《碳鋼藥芯焊絲》和GB/T17493-1998《低合金鋼藥芯焊絲》）TIG焊有時也可以用藥芯焊絲（有專用的TIG焊打底用藥芯焊絲），打底時可以免去反面充氬保護。21淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367

（2）有色金屬焊絲1、GB/T10858-1989《鋁及鋁合金焊絲》2、GB/T9460-1988《銅及銅合金焊絲》3、GB/T15620-1995《鎳及鎳合金焊絲》手工TIG焊時，可以用以上的焊絲截成段，也有商品焊棒。22淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367供氣及供水系統(tǒng)1、供氣系統(tǒng)氣瓶（灰色）－減壓／流量計－電磁氣閥→焊槍2、水冷系統(tǒng)（用于焊接電流＞150A時）開放式（國產(chǎn)機多見，浪費水）循環(huán)式（進口機多見，節(jié)約水）23淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367（三）控制系統(tǒng)

控制的功能越來越復(fù)雜，不同品牌的設(shè)備其功能不盡相同，但有些功能是最基本的，如程序控制、引弧、提前送氣/滯后斷氣、電流衰減等?？刂葡到y(tǒng)正向數(shù)字化方向發(fā)展。（四）典型TIG焊設(shè)備（略）24淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367第四節(jié)TIG焊工藝鎢極惰性氣體保護焊通用技術(shù)要求

參見JB/T9185-1999《鎢極惰性氣體保護焊工藝方法》（規(guī)定了鎢極惰性氣體保護焊的接頭與坡口設(shè)計、材料、焊接工藝等）一、坡口形式及尺寸（可參考JB/T9185-1999的相關(guān)內(nèi)容和GB/T985-1988《氣焊、焊條電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》來選定）二、焊前清理

氬弧焊時，對材料的表面質(zhì)量要求很高，焊前必須經(jīng)過嚴格清理，清除填充焊絲及工件坡口和坡口兩側(cè)表面至少20mm范圍內(nèi)的油污、水分、灰塵、氧化膜等。清理方法：（1）去油污、灰塵----有機溶劑或?qū)Ｓ们逑匆呵逑矗?）除氧化膜----機械清理或化學清理25淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367三、TIG焊接工藝（一）焊接工藝參數(shù)及選擇TIG焊的焊接工藝參數(shù)主要包括：焊絲直徑、鎢極直徑、焊接電流、焊接電壓、氣體流量、（填絲速度）、（焊接速度）等。1、鎢極直徑：根據(jù)焊接電流來選擇。以下經(jīng)驗數(shù)據(jù)可供參考：

鎢極直徑/mm尖端直徑/mm尖端角度（o）電流/A恒定電流脈沖電流1.00.125122~152~251.00.25205~305~601.60.5258~508~1001.60.83010~7010~1402.40.83512~9012~1802.41.14515~15015~2503.21.16020~20020~3003.21.59025~25025~35026淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367電極頂角對熔寬的影響（2%釷鎢電極Φ2.4mm，弧長1.3mm，氬氣流量19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm）

電極頂角對熔深的影響

（2%釷鎢電極Φ2.4mm，弧長1.3mm，氬氣流量

19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm）

電極尖端角度的選擇可參考下表數(shù)據(jù)27淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367不同氣體／鎢極端部條件下的焊縫熔深28淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367焊接電流（A）直流正極性交流噴嘴孔徑/mm流量/L.min-1噴嘴孔徑/mm流量/L.min-110~1004~9.54~58~9.56~8101~1504~9.54~79.5~117~10151~2006~136~811~137~10201~3008~138~913~168~15201~50013~169~1216~198~15

3、焊接電流：綜合考慮材質(zhì)、板厚、焊接位置來選擇。以下是一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)可供參考。焊接電流(A)10～2020～5050～100100～200200～300焊絲直徑(mm)～1.0～1.61.0～2.41.6～3.02.4～4.5

2、焊絲直徑：約等于鎢極直徑（手工操作）或參考以下經(jīng)驗數(shù)據(jù)

4、焊接電壓：通常<20V（氬弧的電壓較低且TIG焊所用的電弧長度較短）5、氣體流量：為獲得最佳的保護效果，氣體流量與噴嘴孔徑的關(guān)系有一定的規(guī)律且交流焊接比直流焊接所需的流量大。29淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367焊接速度對熔深和焊道形狀的影響

1—正常焊道2—不均勻焊道

（WTh2%，Φ3.2mm，焊接電流320A，直流正接，電弧長度2mm，θ為鎢極頂角角度）

焊接參數(shù)的選擇可參考下表數(shù)據(jù)30淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367焊接電流、焊接速度和焊道形狀的關(guān)系1—正常焊道2—咬邊焊道3—不均勻焊道（母材為奧氏體不銹鋼，直流正接）

31淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367氬氣流量與保護效果的關(guān)系1—噴嘴直徑19mm；2—噴嘴直徑13mm

32淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367氣體流量和橫風對保護效果的影響實線—層流虛線—紊流

33淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367保護氣體流量和風速的關(guān)系（氬氣噴嘴直徑16mm，噴嘴與母材距離15mm）

34淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367（二）焊接工藝措施

1、選材：對結(jié)構(gòu)鋼，按等強原則選擇焊接材料，對不銹鋼、鋁及鋁合金等主要考慮化學成分。

①焊絲的化學成分應(yīng)與母材的性能相匹配，嚴格控制其化學成分、純度和質(zhì)量。主要化學成分應(yīng)比母材稍高，以彌補高溫的燒損。

②TIG焊使用鋼焊絲時應(yīng)盡量選專用焊絲,以減少主要化學成分的變化,保證焊縫一定的力學性能和熔池液態(tài)金屬的流動性,獲得良好的焊縫成型,避免產(chǎn)生裂紋等缺陷。③TIG焊使用有色金屬焊絲焊銅、鋁、鎂、鈦及其合金時應(yīng)注意成分相符。有時可將與母材成分相同的薄板剪成小條當焊絲。

2、不銹鋼、鋁及鋁合金等打底時必須進行反面保護（常用的辦法是通氬保護，對不銹鋼也可用藥芯焊絲打底）。3、如焊機無高頻引弧裝置，不能直接在工件上引弧，要在墊板上引弧。

35淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367

★對于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接，板厚>3mm時，建議用其它焊接方法焊接或用TIG焊打底，用其它焊接方法填充蓋面。

★對于不銹鋼的焊接，如板厚>3mm，建議用MMA、MAG或SAW焊接；如需打底，建議用TIG打底，其它方法填充蓋面。

★對于鋁及鋁合金的焊接，薄板可用全TIG焊，中厚板建議以TIG打底，MIG填充蓋面。

★打底最好用脈沖TIG焊。

★附加保護的措施也可參見（P151-152）

36淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367第五節(jié)TIG焊的其它方法一、脈沖TIG焊(argontungstenpulsedarcwelding)使用脈沖電流（通常多用方波），分直流脈沖TIG焊和交流脈沖TIG焊。（一）脈沖鎢極氬弧焊的特點1、脈沖式加熱，高溫停留時間短、金屬冷凝快，易于焊接熱敏感材料；2、熱輸入小、電弧能量集中、HAZ小，利于薄板焊接；3、可精確控制熱輸入及熔池尺寸，適于單面焊雙面成形和全位置焊；4、高頻電弧震蕩利于細化晶粒、消除氣孔，提高接頭性能；5、適合高速焊、提高生產(chǎn)率。

☆應(yīng)用：一般用于打底或薄件的焊接

直流脈沖電流波形itti交流脈沖電流波形焊接過程動畫37淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367it幾個概念：周期T=tm+tj頻率=1/T占空比=tm/T幅比=Im/Ij峰值電流Im基值電流Ij峰值時間tm基值時間tj脈沖氬弧焊參數(shù)，參數(shù)選擇原則及步驟如下：對一定板厚，有一個合適的通電量（Imtm）,而最佳值Im取決于材料的種類，可近似認為與工件厚度無關(guān)（如鋼類約為150A）。一般步驟通常是先根據(jù)材料種類選擇Im，然后以板厚決定tm。當焊薄板時，Im值應(yīng)選得稍低，同時適當延長tm；焊接厚板時，Im應(yīng)選得稍高，并適當縮短tm。Ij一般為Im的10%~20%，tj為tm的1~3倍，即tj=(1~3)tm、Ij=（10~20）%Im。。幅比、占空比的值較大時，脈沖特點較顯著有利于克服熱裂紋，但過大會增加咬邊傾向。（二）直流脈沖參數(shù)及選擇參數(shù)：直流脈沖TIG焊的參數(shù)與普通直流TIG焊的基本相同，只是電流變?yōu)槊}沖電流（有四個基本參數(shù)，可分別獨立調(diào)節(jié)）。38淘寶才智在線淘寶才智在線QQ523458367

脈沖電流頻率超過5KHZ電弧具有強烈的電磁收縮效果，對焊接有利。

焊接速度和脈沖頻率要相互匹配（尤自動焊），使焊點之間有一定的相互重疊量，常用頻率可參照下表，一般低于10HZ。焊接方法手工TIG焊下列焊接速度（cm/min）的自動脈沖鎢極氬弧焊20283738頻率f1~2≥3≥4≥5≥6脈沖TIG焊參數(shù)實例（下二表，上：直流正接；下：交流）材料板厚Im（A）Ij（A）Tm（S）tj（S）頻率（Hz）焊接速度（c