非熔化極氣體保護(hù)焊

第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割1－10第五章氣體保護(hù)焊等離子弧焊與切割第一節(jié)氣體保護(hù)電弧焊的工作原理適用范圍和安全特點(diǎn)一．氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)：氣體保護(hù)焊大致可分為熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊兩大類。熔化極氣體保護(hù)焊當(dāng)中又以二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊以及混合氣體保護(hù)焊用途最為廣泛。1．無渣，明弧，熔池可見。操作比焊條電弧焊簡(jiǎn)潔便利；電弧電流密度大，熔敷系數(shù)大，焊接速度快，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)本錢低；電弧熱量集中，熔深大，熱影響區(qū)小，焊縫脫氧徹底，焊接質(zhì)量好；可以焊接鋁，鎂，鈦等化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬；電流調(diào)整范圍寬，可以焊接0.5毫米甚至更薄的薄板，也能焊接100毫米以上的厚板；保護(hù)氣流的挺度不如焊條電弧焊藥皮爆炸生成的氣體，電弧抗風(fēng)力很差，野外作業(yè)需要嚴(yán)密的擋風(fēng)板；噴射過渡時(shí)的光輻射極其猛烈，需要有效的保護(hù)；二．氣體保護(hù)焊分類及應(yīng)用范圍GTAWAr，HeAr＋He，電極用鎢極，所以非熔化極氣體保護(hù)TIG，是比較老的表示方法。在正規(guī)的美國(guó)ASMEGTAW表示。2．熔化極氣體保護(hù)焊GMAW：保護(hù)氣體種類格外豐富，為了焊接各種不同材料，到達(dá)不同的工藝要求，Ar，He，CO

等一元?dú)怏w，可以是Ar＋O，Ar＋He，Ar＋CO，CO＋O

等二元?dú)? 2 2 2 2

2 2MIGMAGASME標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)不區(qū)分這兩者，而是對(duì)于熔化極氣體保護(hù)焊的熔滴過渡方式予以明確的表示，由于熔滴過渡方式不同，檢測(cè)的方法也不一樣。GMAW一律使用實(shí)芯焊絲。3．藥芯焊絲氣體保護(hù)焊FCAW：焊絲不再是一根圓形截面的鋼絲，而是用薄鋼片和焊劑一同卷繞成的細(xì)鋼筒，保護(hù)效果格外好，焊縫質(zhì)量好，但是藥芯焊絲的價(jià)格是實(shí)芯焊絲的一倍以上，焊接本錢較高。三．氣體保護(hù)焊的安全特點(diǎn)：略其次節(jié)鎢極惰性氣體保護(hù)焊及安全操作只要生疏一下鎢極氬弧焊的設(shè)備，了解一下鎢極氬弧焊的特點(diǎn)，就能操作鎢極氬弧焊。鎢極氬弧焊是用氬氣作為保護(hù)氣體，用金屬鎢作為電極并且焊接過程中電極不熔化的一種焊接方法。有手工焊，半自動(dòng)焊，機(jī)器焊和自動(dòng)焊四種操作方式。其中手工焊是最廣泛應(yīng)用的操作方式，半自動(dòng)焊近年來應(yīng)用也很廣，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是不再需要嫻熟的操作工人，會(huì)操作焊條電弧焊，略微生疏一下，就能操作鎢極氬弧焊。雖然在設(shè)備投資上要多花6000元錢買一臺(tái)送絲機(jī)用于填絲，但是焊接質(zhì)量和效率得到提高。機(jī)器焊就是教材中所說的“自動(dòng)焊人工操縱焊機(jī)并掌握焊接方向的焊接方法只能叫做機(jī)器焊。使用焊接機(jī)器人才能叫做自動(dòng)焊。鎢極氬弧焊有以下幾個(gè)特點(diǎn)：利用惰性氣體隔絕空氣，通常不能利用焊絲的成分對(duì)熔池金屬進(jìn)展脫氧，脫氫以及合金化處理。需要第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割2－10陰極清理作用。所以，假設(shè)惰性氣體不夠純，或者沒有直流反接(溝通有一半時(shí)間是直流反接，另一半時(shí)間是直流正接)，都不能看到陰極清理作用。熔深淺，熔敷效率低，焊接速度慢，適合焊接薄板。鎢極氬弧焊機(jī)高頻放電產(chǎn)生的電磁波以及臭氧都對(duì)人體安康有影響。二．鎢極氬弧焊的設(shè)備：鎢極氬弧焊電源無一例外地都是垂降的外特性，垂降外特性電源是恒流源，焊接備操作相對(duì)簡(jiǎn)潔。鎢弧的特點(diǎn)：用鎢作電極惰性氣體作為保護(hù)氣形成的電弧稱為鎢弧。鎢作為電極是不允許熔化的，所以鎢弧保護(hù)氣中也就不允許添加任何氧化性氣體，通常就使用純氬，或者Ar＋He。由于氦氣價(jià)格昂貴很少使用，在此我們只爭(zhēng)論純氬作保護(hù)氣的狀況。2由于氬原子最外層有8個(gè)電子，屬于最穩(wěn)定的構(gòu)造，所以氬原子電離格外困難，電弧空間氬離子Ar＋數(shù)量不多，Ar＋＋e－＝Ar這樣的復(fù)合反響固然也就不多，所以純氬作保護(hù)氣電弧熱量不高。這也是鎢極氬弧焊適合焊接薄板的主要緣由。另外，氬氣散熱力量很低，這是由于氬是單原子氣體，不存在雙原子氣體H2，特別是CO的高溫分解過程。還有就是氬原子體積格外大，運(yùn)動(dòng)和集中都很困難，在22OH原子相比特別突出，CO首先要分2COO，然后COCO，最終OO＋離子，H2H，然后被電離成H＋，這些過程都要消耗相當(dāng)多的熱量。而且氧離子和氫離子都很活潑，特別是氫離子體積小，質(zhì)量輕，運(yùn)動(dòng)和集中都格外猛烈，這就帶走了大量的熱。所以，氬氣作保護(hù)氣體時(shí)，由于不易電離和不易散熱，鎢弧有以下四個(gè)特點(diǎn)；引弧困難：尤其是在溝通鎢弧引弧更加困難電弧每秒鐘100次過零點(diǎn)，50次變換方向，引弧的時(shí)候空間布滿了不簡(jiǎn)潔電離的氬氣，這時(shí)候簡(jiǎn)潔電離的金屬蒸氣還沒有產(chǎn)生，或者剛剛產(chǎn)生但是又在電流過零點(diǎn)時(shí)已經(jīng)凝固了，所以，溝通鎢弧的引燃必需依靠很高的電壓來?yè)舸鍤饪臻g。這個(gè)電壓通常是20倍甚至更高。這也是為什么脈沖引弧不行靠的緣由。電弧穩(wěn)定：純氬鎢弧雖然引弧困難，但是電弧一旦引燃，燃燒卻格外穩(wěn)定。這是由于電弧引燃后，被焊金屬產(chǎn)生大量金屬蒸氣揮發(fā)到電弧空間，任何一種金屬蒸氣的電離電位都比氬氣的電離電位要低，因此氬氣電離的很少。但金屬蒸氣的電離使得電弧空間布滿了足夠的帶電粒子。氬離子散熱力量差，正好可維持電弧空間的導(dǎo)電粒子不簡(jiǎn)潔散失掉，所以純氬鎢弧一旦引燃，維持燃燒并不困難。不需要向電源索取很多能量。因此直流正接的純氬鎢弧只要10V電壓就能穩(wěn)定燃燒。熱量缺乏：純氬作保護(hù)氣體的電弧又稱為冷弧。氬氣很類似焊條電弧焊中的穩(wěn)弧劑，電弧穩(wěn)定了，但是熱作用卻減弱了。不同的是穩(wěn)弧劑簡(jiǎn)潔電離，所以復(fù)合反響放熱很少，氬氣是不簡(jiǎn)潔電離，Ar＋很少，單個(gè)氬離子復(fù)合放熱很多，但是氬離子總數(shù)很少，所以復(fù)合放熱也很少?；「娣e大：純氬不易散熱，不存在二氧化碳?xì)怏w那種猛烈的冷卻效應(yīng)。因此電極(鎢極)導(dǎo)電面積也就是弧根面積很大，弧根面積不僅在鎢極端部，而且可以沿著鎢極尖端向上爬升幾個(gè)毫米，這對(duì)于鎢極的散熱是有好處的。各種電流和極性的鎢弧特性如下表：熔深陰極清理適用金屬

直流正接DCSP，DCEN窄，深無碳鋼，不銹鋼

直流反接DCRP，DCEP寬，淺有厚板鋁合金

交流AC介于兩者之間介于兩者之間鋁合金，鎂合金直流正接：鎢極作為陰極放射電子，Ar＋向鎢極移動(dòng)，與等離子流力方向相反。沒有顯示其效應(yīng)。鎢這也是為什么熔點(diǎn)為3550℃的鎢在6000℃的電弧中不熔化的緣由。工件熔池作為陽極，承受來自陰2極的電子。熔池外表的FeO，TiO2

都是具有肯定導(dǎo)電力量的物質(zhì)，不會(huì)被清理。電弧穩(wěn)定燃燒。熔深窄而深(相對(duì)于直流反接而言)。直流反接：工件作為陰極放射電子，鎢極承受電子，沒有了電子的散熱效應(yīng)，鎢極尖端始終為圓形。由于氧化物的逸出功比純金屬要小(不包括鋁，AlO不導(dǎo)電)，因此熔池上氧化物是放射電子的部位。2 3Ar＋向工件移動(dòng)，與等離子流力方向一樣。這時(shí)Ar＋會(huì)獲得很大的加速度猛烈撞擊工件上的氧化物，第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割3－10將其打碎，而氧化物又會(huì)在其他部位產(chǎn)生，Ar再將其打碎，等效地相當(dāng)于氬離子在查找熔池上的氧化物進(jìn)展清理。這就是惰性氣體電弧直流反接時(shí)的陰極清理作用。電流越大，陰極清理作用越強(qiáng)。不僅能去除熔池外表的氧化物，甚至熔池前方和焊道兩側(cè)靠近電弧的母材金屬外表氧化物都被清理。通過面罩觀看，似乎焊道上有白色的流體向四周流淌。其實(shí)是氧化物從熔池中間到焊道兩側(cè)被清理母材露出金屬光澤的過程。正離子撞擊后的金屬外表還被鈍化，格外光亮，可以保持很長(zhǎng)一段時(shí)間。由于鎢是電弧消滅漂移現(xiàn)象。熔深變淺，變寬。溝通鎢弧：電流波形的正半周，鎢極作為陰極得到冷卻，電流波形的負(fù)半周，熔池受到陰極清理，在焊接鋁合金時(shí)候承受溝通鎢弧。溝通鎢弧的主要問題是直流重量和電弧穩(wěn)定性問題。引弧及穩(wěn)弧裝置：100－200W)擊穿鎢極和工件之間的氬氣氣隙，造成氣體放電現(xiàn)象引燃電弧。圖示為一種高頻放電裝置的電路圖。電路設(shè)計(jì)可以有所不同，但是高頻引弧裝置都是LC電路充放電升壓產(chǎn)生高壓，然后放電間隙被高壓產(chǎn)生火花放電形成高頻高壓電流，引燃電弧。高頻放電裝置串連在焊接回路中效果更好，附帶說明圖中的電容器C用于隔斷直流重量。這是鎢極氬弧焊引弧的主流方法。1 2 3 4DCNS1

CNS

KV06 RU

DN9

R101.5K

BT3

R1210M/3W

DCNLC CNS2

1U/250V

2

NI

D5D5 CTCNS3 1

ACB1

B3R2 1 C13 3R

C14 C15CNS4 2C11

KBL406AC

C4100R/3W

IN40072X4700P/10KVB 4700P/2KV BTitleSizeA BDate:File:1 2

Number RevisionA21-Oct-2005 SheetofC:ProgramFiles\AutoCAD2004\LD\baknrfl\j\:IG\\135TIGZONGYUANLITU.DDB3 4高壓脈沖引?。?0年前曾經(jīng)實(shí)行過一陣子，由于本錢高，技術(shù)簡(jiǎn)單，目前只有高檔逆變焊機(jī)才使用。3．直流重量的消退：溝通鎢弧焊接鋁合金的時(shí)候，由于鋁與鎢的熱物理性質(zhì)和幾何尺寸相差太大，產(chǎn)生了所謂的整流作用。正半周：鎢極為陰極，鎢的熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性差，鎢極端部上的陰極斑點(diǎn)能夠加熱到很高溫度。熱放射電子的力量很強(qiáng)，電弧再引燃電壓低，導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)；第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割4－10負(fù)半周：鋁合金為陰極，熔點(diǎn)低，散熱快，陰極斑點(diǎn)溫度低，熔池作為陰極熱電子放射力量差，電弧導(dǎo)電困難，電弧再引燃電壓高，導(dǎo)通時(shí)間短；于是，在溝通電弧的兩個(gè)半周中電弧電流不相等，產(chǎn)生了方向指向鎢極的直流重量。直流重量的危害：只有當(dāng)電流指向工件的時(shí)候才存在陰極清理作用，直流重量局部抵消了電流，減弱了陰極清理作用。直流重量在變壓器鐵芯中形成直流磁通，疊加在交變磁通上，變壓器功耗增大發(fā)熱量增大。直流重量的消退：在焊接回路中串連電池，電阻，電容都可以消退直流重量，但是以串連電容最簡(jiǎn)潔效果最好。依據(jù)每安培焊接電流300微法串接即可。焊槍：夾持鎢極，傳導(dǎo)電流，輸送保護(hù)氣和冷卻水。一枝性能良好的焊槍售價(jià)在2500元以上。噴嘴的保護(hù)效果：依據(jù)流體力學(xué)爭(zhēng)論證明，當(dāng)氣流流入圓柱型導(dǎo)管中，雖然開頭是紊流，但是由于管壁對(duì)氣流的摩擦作用以及氣流本身的粘度，靠近管壁的氣流流速減小，形成近壁層流層。該層厚度隨著距離進(jìn)口處的距離而增加，假設(shè)管子夠長(zhǎng)，最終近壁層流層就會(huì)在管子軸線會(huì)合，形成近似的層流。氣流噴出管子時(shí)，首先靠近邊緣的部位變成紊流，隨著噴出距離的增加，最終在軸線部位也變成紊流。第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割5－10我們固然期望層流的距離盡量長(zhǎng)。由于紊流狀態(tài)產(chǎn)生的漩渦把四周空氣卷入，對(duì)焊接保護(hù)不利。試驗(yàn)10毫米時(shí)使氣體流量不得小于10噴嘴噴出的氬氣氣流的近似層流是一個(gè)倒圓錐形。假設(shè)焊接鈦合金，要求高質(zhì)量的氣體保護(hù)，那么就必需給噴嘴安裝氣體透鏡才能有效保護(hù)焊縫。焊槍的水冷：電流在100安培左右，必需使用水冷。75安培左右雖然可以不使用水冷，但是考慮到焊槍壽命仍舊推舉使用水冷。水冷的目的是帶走鎢極的熱量，防止鎢極氧化。(安裝在焊接電源內(nèi)部)，氣管組成。水冷系統(tǒng)包括水箱，水泵，送水軟管組成。焊接程序掌握裝置：如圖示，這是國(guó)產(chǎn)WSE－315交直流脈沖鎢極氬弧焊機(jī)的面板需要說明的是，鎢極氬弧焊引弧時(shí)，往往要把陶瓷噴嘴接觸工件，才能順當(dāng)引弧。三．焊接用鎢極：現(xiàn)在用得比較多的是純鎢極和鈰鎢極，釷鎢極是在鎢極中摻入少量ThO2，它含有微量的放射性。因此釷鎢極不再使用。鎢極的直徑與許用電流教材第一百八十頁(yè)已經(jīng)說清楚了。在此僅僅表達(dá)一下鎢極的磨削。第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割6－10用于直流正接或者逆變溝通電源的鎢極端部磨削成圓錐狀。端部磨成不大的平頭；圓錐局部的高度尺寸為2－2.5倍鎢極直徑。磨削時(shí)，鎢極應(yīng)平放，順著圓錐母線方向磨削。不能把鎢極橫著磨削，亦即鎢極的磨痕應(yīng)當(dāng)是直線而不是一圈圈的圓環(huán)。用于正弦波溝通電源或者方波溝通電源的鎢極端部磨成圓球狀，圓球的直徑與鎢極直徑一樣。四．鎢極氬弧焊焊接工藝接頭及坡口形式：鎢極氬弧焊用于薄板焊接，以下圖說明白不同接頭形式焊槍，填絲的相對(duì)位置。只要位置正確，經(jīng)過肯定時(shí)間的練習(xí)就能嫻熟把握鎢極氬弧焊操作技術(shù)。合格的鎢極氬弧焊焊縫外表顏色對(duì)于鋁合金應(yīng)當(dāng)是銀白色，不銹鋼應(yīng)當(dāng)是銀白色或者金黃色，碳鋼應(yīng)當(dāng)是銀灰色；消滅灰黑色，醬紫色都屬于焊前清理缺乏，操作手法不對(duì)，氬氣保護(hù)不良，均為不合格產(chǎn)品。a．對(duì)接接頭的焊槍位置和焊接熔透率：b．T型接頭的焊槍位置和焊接熔透率：c第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割7－10d工件和填絲的焊前清理：鎢極氬弧焊電弧溫度低，常常用來焊接不銹鋼，鋁合金，不能像焊接低碳鋼那樣依靠熔池中的熔煉過程來調(diào)整焊縫金屬的合金成分，氬氣的作用僅僅是機(jī)械保護(hù)隔絕空氣對(duì)電弧的侵入，對(duì)工件外表的氫離子不能去除。所以，防止焊縫混入雜質(zhì)的唯一方法就是焊接之前徹底清理待焊工件外表。清理分為三個(gè)局部進(jìn)展。a．有機(jī)溶劑清理油污灰塵：汽油，丙酮擦拭待焊接頭的油污并擦拭干凈；b．機(jī)械清理氧化皮：用角磨機(jī)，鋼絲輪，砂布清理坡口，砂紙磨削焊絲外表，直至露出銀白色金屬光澤；c．有機(jī)溶劑清理指紋：綢布蘸汽油，丙酮，酒精，四氯化碳擦拭待焊外表，然后用干凈的布蓋好；3．工藝參數(shù)的選擇：鎢極伸出長(zhǎng)度5－10mm99.9599.99％材質(zhì)不銹鋼〔直流正接〕

板厚〔mm〕0.61.01.62.43.24.0

電極直徑〔mm〕1.0,1.61.0,1.61.6,2.41.6,2.42.4,3.22.4,3.2

填充焊絲直徑〔mm〕～1.6～1.6～1.61.6～2.42.4～3.22.4～3.2

電流〔A〕20～4030～6060～9080～120110～150130～180

氬氣流量層數(shù)〔L/min〕1115－10111第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割8－101.01.6～1.660～9011.62.41.6～2.480～1201脫氧銅2.42.4,3.22.4～3.2110～150 1〔直流正接〕3.23.2,4.03.2～4.8140～2005－1014.03.2,4.0,4.84.0～4.8180～25016.44.0,4.8,6.44.8～6.4300～4001-21.01.6～1.650～6011.61.6,2.4～1.660～9012.41.6,2.41.6～2.480～110 1鋁〔溝通〕3.22.4,3.22.4～4.0100～1405－1014.03.2,4.03.2～4.8140～18014.83.2,4.0,4.84.0～6.4170～2201工件和填絲必需呈現(xiàn)銀白色金屬光澤方為合格。引弧前，陶瓷噴嘴必需接觸工件，方能牢靠引弧。第五章氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊與切割9－10五．鎢極氬弧焊的安全技術(shù)：鎢極氬弧焊的有害因素：2放射性危害ThO將產(chǎn)生嚴(yán)峻的內(nèi)照耀損傷?，F(xiàn)在已經(jīng)不允許使用。我們生活的環(huán)境中是存在自然放射性本底的，自然放射性本底是指自然界本身固有的，未受人類活動(dòng)影響的電離輻射水平。它主要來源于宇宙線和環(huán)境中的放射性核素。自然放射性本底不會(huì)危害地球生物。但是，人類的活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致放射性劑量超出本底輻射的程度。比方起初對(duì)于放射性的計(jì)量單位是倫琴。后來覺察這僅僅是照耀量的單位，表示有這么多的射線照耀過來隨著爭(zhēng)論的深入又覺察不同的生物個(gè)體吸取了同樣劑量的電離輻射，但是產(chǎn)生的生物效應(yīng)卻不同，于是又產(chǎn)生了劑量當(dāng)量的單位雷姆。表示被生物體吸取以后產(chǎn)生生物效應(yīng)的放射性劑量。2三十年前國(guó)際輻射單位測(cè)量委員會(huì)(ICRP)推舉使用國(guó)際單位制，上述單位對(duì)應(yīng)地變成了庫(kù)侖(coulomb)每千克，戈瑞(gray)和希沃特(sievert)。吸取劑量焦耳·千克-1吸取劑量焦耳·千克-1〔J·kg-1〕當(dāng)量劑量焦耳·千克-1〔J·kg-1〕放射性活度秒-1〔s-1〕戈瑞〔Gy〕1＝1·-1＝100〔1Gy＝1J·k-1＝10rad〕希沃特〔Sv〕1＝1·-1＝100〔1Sv＝1J·k-1＝10rem〕貝可勒爾〔Bq〕1＝1－1〔1Bq1s-1〕拉德〔rad〕1＝10-2焦耳·千克-1〔1rad＝10-J·kg-1〕雷姆〔rem〕1＝0.01＝10-2焦耳·〔1rem＝0.01Sv＝10-J·kg-1〕居里〔Ci〕1居里＝3.7×1011·秒-1〔1Ci＝3.7×11s-1〕SI單位制cgs厘米·克·秒單位制吸取劑量Gy〔gray〕Rad劑量當(dāng)量Sv〔sievert〕Rem放射性活度Bq〔becquerel〕Ci〔cueie〕照耀量C/kg〔coulomb〕電離輻射單位的換算R〔reentgen〕輻射量SI單位SI單位專名cgs單位專名倫琴〔R〕照耀量庫(kù)倫·千克-1〔C·kg-)未定1＝2.58×10-4庫(kù)倫·千克-1〔1R＝2.58×10-C·kg-1〕自然本底照耀依據(jù)內(nèi)，外輻射源的照耀分為內(nèi)照耀和外照耀兩類。外照耀來自地球外的宇宙射線和地球本身的自然放射性核素，即存在于地殼、建筑物和空氣中的自然放射性核素衰變時(shí)釋放出的α，β，γ吸入進(jìn)入人體所致。致內(nèi)照耀的放射性核素包括宇生放射性核素〔由宇宙射線與大氣中原子核和地球表層原子核作用所致HBe1C和2Na〔地球本身固有的長(zhǎng)壽命核素4K，87Rb銣，238U232Th等。自然界的放射性本底輻射劑量，依據(jù)聯(lián)合國(guó)原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)估算，正常本底輻射地區(qū)自然輻射源致人體年有效劑量當(dāng)量約為2.4mSv，其中內(nèi)照耀所致的有效劑量當(dāng)量約為外照耀的一倍，而其中222Rn氡最為重要，約為1.3mSv，40K約為0.2mSv。而外照耀中，宇宙射線約為0.4mSv0.5mSv。我國(guó)放射衛(wèi)生防護(hù)根本標(biāo)準(zhǔn)中，承受了國(guó)際輻射單位測(cè)量委員會(huì)ICRP推舉規(guī)定的限值，為防止隨機(jī)效應(yīng)，公眾個(gè)人受照耀的