焊接第四章-钨极惰性气体保护焊课件

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1、第四章钨极惰性气体保护焊 主编第一节概述一、钨极氩弧焊的基本原理 钨极氩弧焊简称TIG焊。它是在氩气的保护下，利用钨极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(可不使用填充焊丝)的一种焊接方法。其方法示意如图41所示。图4-1钨极氩弧焊示意图1电缆2保护气导管3钨极4保护气体5熔池6焊缝7工件8填充焊丝9喷嘴第一节概述二、钨极氩弧焊的分类及特点1.钨极氩弧焊的分类 TIG焊按操作方式分为手工焊和自动焊两种。手工TIG焊焊接时焊丝的填加和焊枪的运动完全是靠手工操作来完成的；而自动TIG的焊枪运动和焊丝填充都是由机电系统按设计程序自动完成的。在实际生产中，手工TIG焊应用最广泛。2.钨极氩弧焊的特点

2、(1)优点1)能焊接除熔点非常低的铅、锡以外的绝大多数金属和合金。2)能焊接化学性质活泼和形成高熔点氧化膜的铝、镁及其合金。3)免去焊后去渣工序。4)无飞溅。5)某些场合可不加填充金属。第一节概述6)能进行全位置焊接。7)能进行脉冲焊接，减少热输入。8)能焊接薄板。9)明弧，能观察到电弧及熔池。10)填充金属的填加量不受焊接电流影响。(2)缺点1)焊接速度低。2)熔敷率小。3)需要采取防风措施。4)焊缝金属易受钨的污染。5)消耗氩气，成本较高。三、钨极氩弧焊的应用 从被焊材质来看，TIG焊几乎可以焊接所有的金属及合金。但从经济性及生产率考虑，TIG焊主要用于焊接不锈钢、高温合金和铝、镁、铜、钛

3、等金属及其合金，以及难熔金属(如锆、钼、铌)与异种金属。第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性一、直流钨极氩弧焊1.直流正极性钨极氩弧焊 直流正极性TIG焊时焊件接电源正极，钨极接电源负极。其焊接特点是：表4-1TIG焊电流种类及特征第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性2.直流反极性钨极氩弧焊直流反极性TIG焊时，焊件接电源负极，钨棒接电源正极。(1)产热分配不利于焊接过程的进行作为钨极，要接受大量电子释放出来的能量，很容易过热而氧化烧损，限制了其电流承载能力。(2)易形成宽而浅的焊缝反极性时，焊件产热很少，同时又受焊件熔点的限制，属于冷阴极型导电机构，阴极发射电子比较困难，往往只有表面温度较高的几个点

4、才能发射电子。(3)阴极清理作用焊接铝、镁等金属及其合金时，焊件表面氧化膜的逸出功都比较低，是形成阴极斑点的有利条件。第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性二、交流钨极氩弧焊 交流TIG焊焊接时电流的极性周期性地变化。在交流正极性(焊件为正)的半周，因钨极承载能力较大，电弧稳定、集中，使焊缝得到足够的熔深；而在交流反极性(焊件为负)的半周，则利用“阴极清理”作用，可以彻底清除熔池及附近区域的氧化膜，并使钨极得到冷却，因此它兼有直流正、反极性TIG焊的优点。此外，交流TIG焊设备简单，成本低，维修方便。因此，交流TIG焊被广泛用于铝、镁及其合金的焊接生产中。第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性 1.交流T

5、IG焊“直流分量”和电弧稳定性 当采用正弦波交流TIG焊时，正极性时，钨极为负极，因其熔点和沸点高，且导热差，直径小，热电子发射容易，所以电弧电压低，焊接电流大，导电时间长；反极性时，工件为负极，其熔点和沸点低，且尺寸大，散热快，电子发射困难，所以电弧电压高，焊接电流小，导电时间短。由于正负半波焊接电流不对称，在交流焊接回路中存在一个由工件流向钨极的直流分量，如图42所示。这种现象称为电弧的“整流作用”。电极和工件的熔点、沸点、导热性相差越大(如钨和铝、镁)，上述不对称情况就越严重，直流分量就越大。直流分量是由于负半波电流小，导电时间短而产生的，其结果就削弱了“阴极清理”作用，使焊接铝、镁合金

6、产生困难。第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性2.消除直流分量和稳弧的措施(1)消除直流分量的措施由于直流分量会带来一些不利影响，所以必须采取有效措施消除或减弱它。实践证明，在大电流(250A)交流TIG焊时，无须完全消除直流分量，只需要适当减小即可。因为，在这种情况下，即使在反极性状态，由于电流大，阴极仍具有足够的“清理”作用，如果完全消除直流分量，使焊接电流波形对称，“阴极清理”作用虽得到加强，但钨极的发热量增加，承载电流能力下降，同时会减小焊缝熔深，恶化焊缝成形，所以说直流分量并非要完全消除。(2)交流TIG焊的稳弧措施交流TIG焊时，焊接电流每秒钟100次过零点。第二节钨极氩弧焊的电流种类

7、和极性图4-2交流TIG焊焊铝时的电压及电流波形a)电压波形b)电流波形正极性的引燃电压正极性的电弧电压反极性的引燃电压反极性的电弧电压正极性的焊接电流反极性的焊接电流正极性时间反极性时间焊接电源空载电压第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性表4-2消除直流分量的方法第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性三、脉冲钨极氩弧焊图4-3钨极脉冲氩弧焊电流波形a)直流脉冲氩弧焊电流波形b)交流脉冲氩弧焊电流波形直流脉冲电流交流脉冲电流幅值直流基值电流交流基值电流幅度值脉冲电流持续时间基值电流持续时间第二节钨极氩弧焊的电流种类和极性(1)易于控制焊缝成形通过调整脉冲TIG焊接参数，可精确控制电弧能量及其分布，从而易

8、于获得均匀的熔深。(2)出现缺陷倾向小焊接过程中熔池金属冷却快，高温停留时间短，可减少热敏感金属材料产生裂纹的倾向。(3)焊件变形小通过脉冲电流的变化可减小焊接电流的平均值，这样在焊接薄板和超薄板时，对母材热输入减少，从而减少了焊接接头的热影响区的焊件变形。(4)能改善焊缝组织由于脉冲电弧的挺度高、压力大，并对点状熔池有较强的搅拌作用，且熔池冷却快，因此焊缝金属组织细密，树枝状结晶不明显。第三节钨极氩弧焊工艺一、焊前准备1.接头及坡口形式 接头和坡口形式一般是根据被焊材料、板厚及工艺要求等来确定。TIG焊常采用的接头形式有对接、搭接、角接、T形接和端接五种基本形式，如图44所示。图4-4TIG

9、焊五种基本接头形式a)对接b)搭接c)角接d)T形接e)端接图4-5TIG焊对接接头的坡口形式a)I形坡口b)镦边坡口c)卷边坡口d)Y形坡口e)双Y形坡口2.焊前清理 因为TIG焊采用惰性气体保护，而惰性气体既无氧化性，也无还原性，因此焊接时对油污、分、氧化皮等比较敏感。这样，焊前必须对焊丝、焊件坡口及坡口两侧至少20mm范围内的油污、水分等进行彻底清理。如果使用工艺垫板，也应该进行清理。这是保证焊缝质量的前提条件。对于不同去除物，清理方法也不相同。1)能可靠夹持电极，且方便更换电极。2)具有良好的导电性。3)能及时输送保护气，且保证保护效果良好。4)具有良好的冷却性能。5)可达性好，适用范

10、围广。6)结构简单，重量轻，使用安全可靠。图4-6典型TIG焊焊枪结构1电极2陶瓷喷嘴3导气套筒4电极夹头5枪体(有冷却水腔)6电极帽7导气管8导水管9控制开关10焊枪手柄 TIG焊焊枪有气冷式和水冷式两种。前者供小电流(150A)焊接时使用，其结构简单，操作灵活方便；后者因带有水冷系统，所以焊枪较重，且结构复杂，主要供电流大于150A焊接时使用。它们都是由喷嘴、电极夹头、枪体、电极帽、手柄和控制开关等组成。典型焊枪结构如图4-6所示。3.焊枪标志 焊枪的标志由型式与主要参数组成。按冷却方式分为气冷(QQ)和水冷(QS)两种型式。QQ型式的焊枪焊接电流的范围是10150A；QS型式相应的电流范

11、围是150500A。型式符号后面的数字表示焊枪参数；第一个参数表示喷嘴中心线与手柄轴线之间的夹角；第二个参数表示额定焊接电流，在角度和电流之间用斜杠分开。三、焊接参数的选择1.焊接参数对焊接质量的影响(1)焊接电流焊接电流是决定焊缝熔深的最主要工艺参数。(2)电弧电压电弧电压是随着弧长的变化而变化的。(3)焊接速度在其他焊接参数不变的情况下，焊接速度的大小决定了单位长度焊缝热输入量的大小。(4)钨极直径和端部形状钨极直径的选择取决于焊件的厚度、焊接电流大小、电源种类和极性。图4-7TIG焊焊缝截面形状a)不填加焊丝b)加填充焊丝1.焊接参数对焊接质量的影响表4-3不同钨极直径所允许的电流范围图

12、4-8常用的电极端部形状a)直流小电流b)直流大电流c)交流(5)填丝速度与焊丝直径焊丝的填丝速度受焊丝直径、焊接电流、焊接速度和接头间隙等因素的影响。(6)保护气流量和喷嘴直径保护气流量和喷嘴直径的选择主要考虑气体保护效果的好坏。2.焊接参数选择的方法1)根据工件材料种类、厚度和结构特点确定焊接电流和焊接速度。2)根据焊接电流选择合适的电极直径。3)根据喷嘴口径(D)与电极直径(d)之间的关系(D2d25mm)选择喷嘴直径。4)根据喷嘴大小确定保护气体的流量。注意，焊接过程的各个参数是相互影响、相互制约的，不仅要考虑每个参数对焊缝成形和焊接过程的影响，而且还要考虑其综合影响。在初步选定焊接参

13、数的基础上，再根据试焊结果来评判，并通过调试直到满意为止。表44、表45列出焊接铝合金与不锈钢时常用焊接参数。2.焊接参数选择的方法表4-4铝合金对接接头手工钨极氩弧焊焊接参数2.焊接参数选择的方法表4-5不锈钢对接接头手工钨极氩弧焊焊接参数四、TIG焊加强保护效果的措施 因为TIG焊焊接的对象往往是一些对氧和热较敏感的金属及其合金，因此焊接时除了必须正确选择气体流量、喷嘴直径和焊接速度等参数外，在某些情况下，有必要采取措施加强气体保护效果。具体方法如下：1.加挡板 对端接接头和外角接接头，采用加临时挡板的方法加强保护效果，如图4-9所示。图4-9加临时挡板时的保护效果a)外角接b)端接图4-

14、10附加喷嘴(拖斗)的结构示意图a)不通保护气b)通保护气2.扩大正面保护区 该方法是在焊枪喷嘴后面安装附加喷嘴，又称拖斗。附加喷嘴可另外供气，也可不另外供气，如图4-10所示。附加喷嘴可延长对高温金属的保护时间，适合于散热慢、高温停留时间长的高合金材料的焊接。3.反面保护 该法是在焊缝背面采用可通保护气的垫板(图4-11)、反面充气罩(图4-12)等，在焊接过程中同时对正面和反面金属进行保护。第四节钨极氩弧焊的其他技术一、钨极氩弧点焊1.钨极氩弧点焊焊接过程 钨极氩弧点焊的原理如图4-13所示。点焊时，用专用的氩弧点焊枪端部的喷嘴对准压在需要点焊的焊件上，保证连接面密合，启动控制开关，喷嘴中

15、便先通氩气，然后引燃电弧。当熔化的金属在电弧热量的作用下达到足够的熔深和熔宽时，氩弧电流自动衰减，之后熄灭电弧，最后关闭氩气，移开焊枪，完成一个氩弧点焊焊点。图4-13钨极氩弧点焊示意图1钨极2喷嘴3出气孔4焊件5焊点6电弧7氩气3.钨极氩弧点焊的应用 适用于焊接各种薄板结构以及薄板与较厚材料的连接，所焊材料目前主要为不锈钢、低合金钢等。2.钨极氩弧点焊特点与电阻点焊比较，具有如下的优、缺点：优点:1)操作简单、方便、灵活。2)易于点焊厚度相差悬殊的焊件或多层板点焊。3)焊点质量可靠。4)不需要专用加压设备。缺点:焊接速度不如电阻焊速度高。焊接费用(人工费、氩气消耗等)较高。一、钨极氩弧点焊二

16、、热丝钨极氩弧焊1.热丝钨极氩弧焊焊接过程 热丝钨极氩弧焊是为了克服一般钨极氩弧焊生产效率低这一缺点而发展起来的，其原理如图414所示。在普通钨极氩弧焊的基础上，附加一根焊丝插入熔池，并在焊丝进入熔池之前约10cm处开始由加热电源通过导电块对其通电，依靠电阻热将焊丝加热至预定温度，以与钨极成3050角从电弧的后方送入熔池，完成整个焊接过程。图4-14热丝钨极氩弧焊原理示意图2.热丝钨极氩弧焊特点(1)优点热丝钨极氩弧焊的熔敷速度可比普通的钨极氩弧焊提高2倍，从而使焊接速度增加35倍，大大提高了生产率。由于热丝钨极氩弧焊熔敷效率高，焊接熔池热输入相对减少，所以焊接热影响区变窄，这对于热敏感材料焊接非常有利。(2)缺点热丝钨极氩弧焊时，电流流过焊丝产生的磁场会使电弧产生磁偏吹而影响焊接质量。3.热丝钨极氩弧焊应用 热丝钨极氩弧焊已成功用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、镍和钛等。对于铝和铜，由于电阻率较小，需要很大的加热电流，从而造成过大的电磁偏吹，影响焊接质量，因此不采用这种方法。