鋁及鋁合金的鎢極氬弧焊

鋁及鋁合金的鎢極氬弧焊第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五目錄1.1鋁及鋁合金的鎢極氬弧焊1.2焊接過程原理1.3焊接工藝第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五摘要鋁及鋁合金具有良好的耐蝕性，較高的比強(qiáng)度和導(dǎo)熱性以及在低溫下能保持良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)，在航空航天，汽車，電工，化工，交通運(yùn)輸，國防等工業(yè)部門被廣泛的應(yīng)用。掌握鋁及鋁合金的焊接性特點(diǎn)，焊接操作技術(shù)，接頭質(zhì)量和性能，缺陷的形成及防止措施等，對(duì)正確確定鋁及鋁合金的焊接工藝，獲得良好的接頭性能和擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用范圍具有十分重要的意義。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.1鋁及鋁合金的鎢極氬弧焊

也成為鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊,是利用鎢極與工件之間形成電弧產(chǎn)生的大量熱量熔化待焊處,外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭.TIG焊工藝最適于焊接厚度小于3mm的薄板，工件變形明顯小于氣焊和手弧焊。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.1鋁及鋁合金的鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊的特點(diǎn)1）焊接時(shí)無需使用焊條或焊劑，焊接后無需清除殘余熔劑或焊渣。因?yàn)闅鍤饪闪己玫谋Ｗo(hù)電弧、熔池及母材熱影響區(qū)而不受氧化，氬氣本身也不與鋁發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。2）鎢極電弧穩(wěn)定，即使在焊接電流小于10A的情況下，電弧仍可保持穩(wěn)定，特別適合于焊接鋁合金薄板。3）熱源和填充焊絲可分別控制，熱輸入易于調(diào)整4）由于填充絲不通過電流，無熔滴過度，故電弧安靜，噪音小，無金屬飛濺5）鎢極載流能力較低，生產(chǎn)效率不高6）氬氣及氦氣價(jià)格較高，不利于降低生產(chǎn)成本7）鎢極氬弧焊受作業(yè)現(xiàn)場氣流影響較大，不適于室外作業(yè)第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊示意圖1-噴嘴2-鎢極3-電弧4-焊縫5-焊件6-熔池7-填充焊絲8-惰性氣體第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.2焊接過程原理1.2.1采用直流電源

1）直流正接當(dāng)采用直流正接發(fā)焊接鋁及鋁合金時(shí)，工件與電源的正極相連而形成陽極，鎢極與電源的負(fù)極相連形成陰極。此時(shí)，鎢極的電子發(fā)射能力強(qiáng)，可發(fā)出大量的電子流，并賦予電子流能量，由于這部分能量，鎢極得以自身冷卻。在電廠的驅(qū)使下，鎢極發(fā)射出來的高能電子流告訴沖擊陽極（焊件），將全部能量給焊件，使其深熔，形成窄而深的焊縫。但因電子質(zhì)量很小，電子流對(duì)工件的沖擊尚不足以破除工件表面的氧化膜。于此同時(shí)，正離子流奔向陰極（鎢極），雖使其發(fā)熱，但因此時(shí)的鎢極具有自身冷卻功能，鎢極不至于熱燒損。第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.2焊接過程原理2）直流反接鎢極與電源的正極相連而形成陽極，焊件與電源的負(fù)極相連而形成陰極，此時(shí)，由于焊件表面上存在氧化膜，其電子逸出功較小，易發(fā)射電子，因此陽極斑點(diǎn)始終優(yōu)先在氧化膜處形成。由于焊件為冷陰極，陰極區(qū)有很高的電壓降，因此陰極斑點(diǎn)的能量密度很高，在陰極電廠的作用下，正離子流告訴撞擊焊件上的表面氧化膜，使其破碎，分解而被清理掉，陰極斑點(diǎn)隨即有在臨近的氧化膜發(fā)射電子，繼而氧化膜又被清理，因此被清理的氧化膜面積不斷擴(kuò)大，直到擴(kuò)大到氬氣所能保護(hù)的范圍內(nèi)，這就是俗稱的“陰極霧化”，其作用的強(qiáng)弱與陰極區(qū)的能量密度及正離子的質(zhì)量大小有關(guān)。于此同時(shí)，從焊件發(fā)射出來的大量電子流沖擊陽極（鎢極），使其撞擊生熱，由于此時(shí)的鎢極已不具有自身冷卻功能，鎢極即發(fā)生過熱，甚至融化，從而不得不限制焊接電流的大小第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.2焊接過程原理1.2.2采用交流電源為兼有陰極清理作用及鎢極不致過熱，只有采用交流鎢極氬弧焊接法。交流電流的極性是周期變化的。在每個(gè)周期里，半波相當(dāng)于直流正接，另一個(gè)半波相當(dāng)于直流反接。正接的半波期間鎢極不致過熱，可承載較大的焊接電流，有利于電弧穩(wěn)定，容許可焊厚度增大；反接的半波期間有陰極清理作用，可去除母材表面氧化膜，保證焊縫良好成形第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五電流種類直流交流正接反接正弦波反弦波兩級(jí)熱量比列焊件70%鎢極30%焊件30%鎢極70%焊件50%鎢極50%通過占空比可調(diào)熔深特點(diǎn)深，窄淺，寬中等中等鎢極作用電流最大例如，3.3mm,400A小例如，6.4mm120A較大例如，3.2mm225A大例如，3.2mm,325A陰極清理作用無有有有電弧穩(wěn)定性很穩(wěn)不穩(wěn)很不穩(wěn)穩(wěn)直流分流無無有無適用材料除鋁鎂合金鋁青銅外的金屬一般不采用鋁，鎂合金，鋁青銅等鋁，鎂合金，鋁青銅等第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.2焊接過程原理交流鎢極氬弧焊在特性和功能上基本滿足鋁及鋁合金焊接的需要，但焊接回路內(nèi)將出現(xiàn)直流分流，引弧穩(wěn)弧性能差，熔透能力差，但可用下列方法加以改善

（1）消除直流分量

正半波時(shí)，鎢極為負(fù)極，由于其熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，且導(dǎo)熱性差，尺寸小，因而溫度高，熱電子發(fā)射容易，故電弧電壓低，焊接電流大，通電時(shí)間長；負(fù)半波時(shí)，焊件為負(fù)極，由于其熔點(diǎn)和沸點(diǎn)低，且尺寸大，散熱快，溫度低，電子熱發(fā)射困難，故電弧電壓高，焊接電流小，通電時(shí)間短，因此出現(xiàn)了正負(fù)半波電流不對(duì)稱現(xiàn)象，在交流焊接回路內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)由工件流向鎢極的直流分量，這種現(xiàn)象稱為“整流作用”。第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.2焊接過程原理（2）改善隱弧和穩(wěn)弧

由于交流氬弧的電壓及電流的幅值和極性隨時(shí)間而不斷變化，每秒有100次過零，因此電弧的能量及電弧空間的溫度也隨之不斷變化。當(dāng)電流過零時(shí)，電弧熄滅，下半周必須重新引弧。 有幾種引弧方法可供選擇： 1）短路引?。豪面u極與焊件短暫接觸、短路、快速脫開而引弧。此法便利，但易使鎢極沾污、損耗、破壞其端部形狀及尺寸，應(yīng)避免使用。 2）高弧引?。豪酶哳l振蕩器產(chǎn)生的高頻高壓擊穿鎢極與焊件之間的間隙（3mm左右），從而可引燃電弧。但高頻發(fā)生器的高頻振蕩也會(huì)損壞電源或焊接程序控制系統(tǒng)（包括電腦）內(nèi)的精密器件，否則需采取防干擾技術(shù)措施。第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.2焊接過程原理3）高壓脈沖引弧：在鎢極與焊件之間加易高壓脈沖，使兩者間的保護(hù)氣體電離而引弧，脈沖幅值≥800V。 4）高頻疊加輔助直流電源引弧：在電源兩端并聯(lián)一個(gè)輔助的直流電源。第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.3焊接工藝1.3.1焊接材料

（1）鎢極鋁及鋁合金鎢極氬弧焊可供選用的鎢極材料有純鎢，釷鎢，鋯鎢，鈰鎢等，鎢的熔點(diǎn)為3400℃，鈰迄今為止最好的一種非熔化電極材料，具有很強(qiáng)的電子發(fā)射能力。

純鎢電極熔點(diǎn)高，不易熔化和揮發(fā)，但電子發(fā)射能力較低，抗鋁污染性較差，現(xiàn)已采用很少。

釷鎢電極電子發(fā)生能力較強(qiáng)，允許電流密度較大，壽命較長，抗鋁污染性較好，易引弧，電弧穩(wěn)定，但價(jià)格稍高。

鋯鎢電極載流能力強(qiáng)，抗鋁污染性好，保持電極端部形狀較好，不易被焊縫夾鎢第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.3焊接工藝（2）保護(hù)氣體電弧焊鋁和鋁合金時(shí)，保護(hù)氣體一般為惰性氣體，即氬氣，氦氣或氬-氦各種比例的混合氣體。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.3焊接工藝1.3.2接頭設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和選用焊接接頭的形式及坡口尺寸時(shí)，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及零件厚度，參考關(guān)于國家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等選用第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.3焊接工藝1.3.3焊接工藝參數(shù)（1）噴嘴孔徑與保護(hù)氣體流量鋁及鋁合金TIG焊的噴嘴孔徑為5~22mm，保護(hù)氣體流量一般為5~15L/min。（2）鎢極伸出長度及噴嘴至工件距離鎢極伸出長度：對(duì)接焊縫時(shí)一般為5~6mm，角焊縫時(shí)一般為7~8mm，噴嘴至工件的距離一般取10mm左右為宜。（3）焊接電流與焊接電壓與板厚，接頭形式，焊接位置及焊工技術(shù)水平有關(guān)。手工TIG焊時(shí)，采用交流電源，焊接厚度小于6mm鋁合金時(shí)，最大焊接電流可根據(jù)電極直徑d按公式I=（60~65）d確定。電弧電壓主要由弧長決定，通常使弧長近似等于鎢極直徑比較合理第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五1.3焊接工藝（4）焊接速度鋁及鋁合金TIG焊時(shí)，為了減小變形，應(yīng)采用較快的焊接速度。手工TIG焊一般是焊工根據(jù)熔池大小，熔池形狀和兩側(cè)融合情況隨時(shí)調(diào)節(jié)焊接速度，一般的焊接速度為8~12m/h。自動(dòng)TIG焊時(shí)，工藝參數(shù)設(shè)定后，在焊接過程中焊接速度一般不變。（5）焊絲直徑一般由板厚和焊接電流確定，焊絲直徑與兩者之間成正比關(guān)系。第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五參考文獻(xiàn)1《化工設(shè)備制造工藝學(xué)》辛希賢陜西科學(xué)技術(shù)出版社2《有色金屬焊接及應(yīng)用》李亞江王娟化學(xué)工業(yè)出版社3《鋁及鋁