rlchapter6钨极氩弧焊

1、第六第六章章 钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊n定义：使用钨极或者活化钨极作为电极的非熔化定义：使用钨极或者活化钨极作为电极的非熔化极惰性气体保护焊方法。极惰性气体保护焊方法。n英文简称英文简称“tig”焊（焊（tungsten inert gas welding） 6.1 6.1 钨极氩弧焊的特点和应用钨极氩弧焊的特点和应用6.2 tig6.2 tig焊电流种类及极性焊电流种类及极性6.3 tigtig焊设备焊设备6.4 tig6.4 tig焊中的电极焊中的电极6.5 6.5 tigtig焊工艺焊工艺6.66.6 6.1 钨极氩弧焊的特点和应用钨极氩弧焊的特点和应用焊接方向焊丝喷嘴钨极一

2、、一、tig焊的特点焊的特点（1）采用惰性气体保护，焊接冶金过程简单，）采用惰性气体保护，焊接冶金过程简单，易于控制：易于控制：arar不溶于金属，也不反应；隔绝空气。不溶于金属，也不反应；隔绝空气。可焊金属多。可焊金属多。注意：抗锈能力差，工件严格清理。注意：抗锈能力差，工件严格清理。 氩弧引弧困难，但一旦引燃后电弧燃烧十分稳定。氩弧引弧困难，但一旦引燃后电弧燃烧十分稳定。原因：原因：arar电离电压高；导热系数小，且为单原子气体。电离电压高；导热系数小，且为单原子气体。（2）采用）采用w或其合金作电极，钨极不熔化，电弧或其合金作电极，钨极不熔化，电弧稳定，即使在很小的焊接电流下（小于稳定，

3、即使在很小的焊接电流下（小于a）也）也能稳定燃烧；能稳定燃烧； 不会产生飞溅，成形美观；热源和焊丝可分别控制，不会产生飞溅，成形美观；热源和焊丝可分别控制，因而热输入量容易调节，特别适合于薄板、超薄板的焊接；因而热输入量容易调节，特别适合于薄板、超薄板的焊接；可进行各种位置的焊接，易于实现机械化和自动化焊接。可进行各种位置的焊接，易于实现机械化和自动化焊接。（3）焊接生产率低）焊接生产率低 钨极承载电流能力限制，钨极承载电流能力限制，使用的电流小，焊缝熔深浅，熔敷速度小，生产使用的电流小，焊缝熔深浅，熔敷速度小，生产率低。率低。（4）生产成本较高）生产成本较高 。二、二、tigtig焊的应用焊

4、的应用 tig焊几乎可用于所有钢材、有色金属及其合金的焊焊几乎可用于所有钢材、有色金属及其合金的焊接。接。 常用于不锈钢、高温合金、铝、镁、钛及其合金以及常用于不锈钢、高温合金、铝、镁、钛及其合金以及难熔的活泼金属（如锆、钽、钼铌等）和异种金属的焊接。难熔的活泼金属（如锆、钽、钼铌等）和异种金属的焊接。 tig焊容易控制焊缝成形，容易实现单面焊双焊容易控制焊缝成形，容易实现单面焊双面成型，主要用于薄件焊接或厚件的打底焊。面成型，主要用于薄件焊接或厚件的打底焊。 脉冲脉冲tig焊特别适宜于焊接薄板和全位置管道焊特别适宜于焊接薄板和全位置管道对接焊。对接焊。 tig焊一般只用于焊接厚度在焊一般只用

5、于焊接厚度在6mm以下的工件。以下的工件。 可用于自动、手工。可用于自动、手工。6.2 tig6.2 tig焊电流种类及极性焊电流种类及极性一、一、 直流正直流正极性极性二、直流反极性二、直流反极性阴极清理阴极清理三、交流三、交流tig焊焊1、 引弧和稳弧引弧和稳弧t1 升压变压器升压变压器p火花隙放电器火花隙放电器ck振荡电容振荡电容0.00250.005uf; 耐压值高于耐压值高于4kvlk振荡电感振荡电感 0.16uht2高频耦合变压器高频耦合变压器t1t2t t1 1、t t2 2两级升压，两级升压，高频（高频（150150260khz)260khz)高压（高压（25002500300

6、0v3000v）振荡频率振荡频率:kkclf21p p220v220vt t1 1c ck kl lk kt t2 2l lb bc c问题问题a)相位问题相位问题: 高频用于稳弧要保持一定的相位关系比较困难。高频用于稳弧要保持一定的相位关系比较困难。b) 电磁辐射电磁辐射 高频振荡会产生电磁波，干扰无线电信号、数字高频振荡会产生电磁波，干扰无线电信号、数字集成电路以及微机控制系统，且有害于人身健康。集成电路以及微机控制系统，且有害于人身健康。 应采取屏蔽高频、降低振荡频率或限制高频振荡应采取屏蔽高频、降低振荡频率或限制高频振荡强度等方法加以克服。强度等方法加以克服。2 直流分量及消除直流分量

7、及消除6.3 tig焊设备焊设备fdsfhxzy32一、焊接电源一、焊接电源控制面板控制面板nsa-500-1交流交流tig焊机焊机名称数据名称数据电源电压(v)工作电压(v)钨极直径(mm)额定持续率220/380201760%额定焊接电流（a）焊接电流调节范围（a）氩气流量(l/min)冷却水流量(l/min)50050500251主要技术数据主要技术数据气体气体喷嘴喷嘴气流中气流中心心涡流环涡流环h层流层层流层混合区混合区1、保护特点、保护特点喷嘴流出的气体分为喷嘴流出的气体分为两层两层:近壁层流、中心紊流。近壁层流、中心紊流。二、氩气的保护效果及焊枪结构二、氩气的保护效果及焊枪结构（

8、1 ） 近壁层流：近壁层流：气体质点间不相互干扰，该层起气体质点间不相互干扰，该层起主要的保护作用，越厚则保持稳主要的保护作用，越厚则保持稳定气层的长度定气层的长度h越长，保护效果越越长，保护效果越好。好。（ 2 ） 中心紊流：中心紊流：气体质点间相互干扰，内部形成气体质点间相互干扰，内部形成许多涡流。许多涡流。气体气体喷嘴喷嘴气流中气流中心心涡流环涡流环h层流层层流层混合区混合区气体的流动状态、流速、流体粘气体的流动状态、流速、流体粘滞系数以及喷嘴直径之间的关系滞系数以及喷嘴直径之间的关系可用可用雷诺公式雷诺公式表示：表示：r:雷诺系数，雷诺系数，d: 内径，内径，vp:流体平均速度，流体平

9、均速度，r:流体粘滞系数，流体粘滞系数，r表示了气体的流动状态：表示了气体的流动状态： r 2300:2300:紊流；紊流；r 23002300：有近壁层流层。：有近壁层流层。气体气体喷嘴喷嘴气流中气流中心心涡流环涡流环h层流层层流层混合区混合区rdvrp实际上：实际上： 气体气体喷嘴喷嘴气流中气流中心心涡流环涡流环h层流层层流层混合区混合区50402)(（直径）管长rl即可获得层流。即可获得层流。 l2 2、焊枪结构、焊枪结构（1 1）作用）作用 夹持电极、导电及输送保护气体。夹持电极、导电及输送保护气体。（2 2）基本要求）基本要求能可靠地夹持电极，并具有良好的导电性能。能可靠地夹持电极，

10、并具有良好的导电性能。从喷嘴喷出的保护气具有良好的流态，保护效果可靠。从喷嘴喷出的保护气具有良好的流态，保护效果可靠。具有良好的冷却性能。具有良好的冷却性能。可达性好，便于操作。可达性好，便于操作。结构简单、重量轻、耐用且维修方便。结构简单、重量轻、耐用且维修方便。（3 3）分类：）分类： 目前国内使用的焊枪大体上有两种：一种是气目前国内使用的焊枪大体上有两种：一种是气冷式焊枪，用于小电流冷式焊枪，用于小电流( (最大电流不超过最大电流不超过100a)100a)；另一种是水冷式焊枪，供焊接电流大于另一种是水冷式焊枪，供焊接电流大于100a100a时使时使用。用。 tig tig焊焊枪的标志由形

11、式符号及主要参数组焊焊枪的标志由形式符号及主要参数组成。焊枪的形式符号由两位字母表示，主要表示成。焊枪的形式符号由两位字母表示，主要表示其冷却方式：其冷却方式：“qq”qq”表示气冷表示气冷 （i100ai100ai100a）（4 4）结构：）结构：气体镇流室：气体镇流室：从进气口至喷从进气口至喷嘴入口处部分，其作用是：嘴入口处部分，其作用是：降低气体流速，使之沿内腔降低气体流速，使之沿内腔横截面均匀化，常在入口处横截面均匀化，常在入口处加设铜丝网或多孔隔板（气加设铜丝网或多孔隔板（气筛），限制气体横向运动，筛），限制气体横向运动，有利于形成层流。有利于形成层流。1 torch body2tu

12、ngsten electrode3electrode collet4gas lens5ceramic nozzle 6end-cap喷嘴喷嘴(a)、(b):圆柱形带锥形或球形结尾：保护最好，易于形成层流。圆柱形带锥形或球形结尾：保护最好，易于形成层流。(c)、圆锥形喷嘴：挺度好，可视性好，保护差。、圆锥形喷嘴：挺度好，可视性好，保护差。 l0dndnl0(a)(c)(b)wndd)5 . 35 . 2()97()6 . 14 . 1 (0ndl3 3、影响气体保护效果的工艺因素、影响气体保护效果的工艺因素测定方法：在测定方法：在alal板上点焊，测量去除氧化膜区域面积。板上点焊，测量去除氧化膜

13、区域面积。影响因素如下：影响因素如下：）气体流量）气体流量q q喷嘴直径为喷嘴直径为12mm12mm20mm20mm时，时，q q取取161625 l/min25 l/min合适。合适。）喷嘴到工件的距离）喷嘴到工件的距离原则：尽量短。原则：尽量短。手工手工tigwtigw：小于：小于15mm15mm。migwmigw：5 515mm15mm。）电弧功率）电弧功率）焊速及外层气体）焊速及外层气体注意：气保焊不适合在室外或有穿堂风的环境下焊接。注意：气保焊不适合在室外或有穿堂风的环境下焊接。）接头形式）接头形式平对接和内角接保护效果好，而外角接时不好，宜采用挡平对接和内角接保护效果好，而外角接时

14、不好，宜采用挡板改善。板改善。注意：对焊接质量要求高的工件，要采用反面保护。注意：对焊接质量要求高的工件，要采用反面保护。 6.4 tig6.4 tig焊中的电极焊中的电极 一、对电极的基本要求（从焊接电弧的条件分析）一、对电极的基本要求（从焊接电弧的条件分析）(1)(1)耐高温，焊接过程中不易损耗。纯钨熔点：耐高温，焊接过程中不易损耗。纯钨熔点：338033803600,3600,沸点：沸点：36003600。(2)(2)电子发射能力强，利于引弧及稳弧。电子发射能力强，利于引弧及稳弧。(3)(3)有较高的电流容量。当焊接电流超过许用电流时，易有较高的电流容量。当焊接电流超过许用电流时，易使电

15、极端部熔化形成熔珠，熔珠表面上的电弧斑点易使电极端部熔化形成熔珠，熔珠表面上的电弧斑点易受外界因素干扰而游动，使电弧飘荡而不稳定；甚至受外界因素干扰而游动，使电弧飘荡而不稳定；甚至熔珠落入熔池，影响焊缝质量。因此电极的许用电流熔珠落入熔池，影响焊缝质量。因此电极的许用电流要大一些。电极的许用电流与电极材料、电流的种类要大一些。电极的许用电流与电极材料、电流的种类和极性以及电极伸出长度有关。和极性以及电极伸出长度有关。各种钨电极引弧性能比较测试条件测试条件空载电压：空载电压：22v，24v，36v高频：高频： 10秒秒各种钨电极抗烧损性能各种钨电极抗烧损性能二、钨极直径和形状二、钨极直径和形状、

16、直径、直径与工件厚度、焊接电流及种类、极性等有关。与工件厚度、焊接电流及种类、极性等有关。钨极通常外伸长钨极通常外伸长5-10mm 5-10mm 。直流正接许用电流大于直流反接许用电流。直流正接许用电流大于直流反接许用电流。、钨极端部形状、钨极端部形状dwldp(a)(c)(b)(a)(a)：交流：交流tigwtigw(b)(b)：直流正接：直流正接tigwtigw(c)(c)：小电流：小电流tigwtigw；注意尖锥角对；注意尖锥角对h h、b b的影响。的影响。dc-tig小电流小电流dc-tig大电流大电流ac-tig钨电极的许用电流值钨电极的许用电流值一、 焊前清理焊前清理 6.5 6

17、.5 tig焊工艺焊工艺纯铝纯铝铝合金铝合金1、碱、碱洗洗naoh 15%室温，室温，1015minnaoh 15% 5060c5min2、冲洗、冲洗冷净水冷净水冷净水冷净水3、光化、光化hno3 30%室温室温,2minhno3 30%室温室温,2min4、冲洗、冲洗冷净水冷净水冷净水冷净水5、干燥、干燥60110c60110c化学清洗方法化学清洗方法 二、焊接参数的影响及选择焊接参数的影响及选择i、vvlv距离选择原则：距离选择原则：不短接条件下，不短接条件下，越短越好。越短越好。不填丝：不填丝：1-3mm;填丝：填丝：3-6mm三、操作技术三、操作技术短弧焊短弧焊左焊法一、概述一、概述a

18、ctive flux-tig welding，简称，简称atig焊焊 乌克兰巴顿研究所提出乌克兰巴顿研究所提出 20世纪世纪60年代年代 atig焊大幅度地增加熔深（一次焊透焊大幅度地增加熔深（一次焊透6mm不锈钢板），焊缝呈花生壳状。不锈钢板），焊缝呈花生壳状。 6.66.6 （1）巴顿焊接研究所（）巴顿焊接研究所（pwi）1965古列维奇等人发明（古列维奇等人发明（ah-t9a）碱金属）碱金属碱土金属为主要成分的熔剂，焊接碱土金属为主要成分的熔剂，焊接7mm厚钛合金。厚钛合金。1970氧化物和氟化物型焊剂，氧化物和氟化物型焊剂，810mm厚不厚不锈钢。锈钢。1993尤申科等人用尤申科等人用

19、a-tig焊，成功焊碳锰钢，焊，成功焊碳锰钢，低合金钢。低合金钢。12mm厚对接全位置一道焊成厚对接全位置一道焊成25mm厚对接双面焊两道焊成厚对接双面焊两道焊成（2） 美国爱迪生焊接研究所（美国爱迪生焊接研究所（ewi）1993年开始，与海军连接中心联合开发不锈钢、碳钢、年开始，与海军连接中心联合开发不锈钢、碳钢、镍基合金及钛合金的镍基合金及钛合金的a-tig焊剂，总投资焊剂，总投资80万美元。万美元。1998年不锈钢用焊剂年不锈钢用焊剂ss系列已商品化；碳钢用焊剂已系列已商品化；碳钢用焊剂已投入工业应用；基合金用焊剂已开发出来；铝、钛用焊投入工业应用；基合金用焊剂已开发出来；铝、钛用焊剂正

20、在开发。剂正在开发。 美国开发的不锈钢，碳钢用焊剂已用于一双体船壳体美国开发的不锈钢，碳钢用焊剂已用于一双体船壳体及两艘油轮的建造。海军方面用于舰船及潜艇的管道系及两艘油轮的建造。海军方面用于舰船及潜艇的管道系统等。统等。 日本大阪大学（日本大阪大学（osaka university）正在研究开发。）正在研究开发。不同气体不同气体tig焊焊 a) ar b) ar+he c) ar+h2a-tig焊焊85普通普通tig焊焊atig焊焊英国英国twi焊焊6mm厚不锈钢厚不锈钢规范参数相同：规范参数相同：177a，26.5v，210 mm/min ，1.34 kj/mm，6mm 厚不锈钢厚不锈钢

21、等离子弧焊等离子弧焊atig焊焊直径直径70mm，厚，厚5mm不锈钢，不锈钢，5g焊接位置焊接位置二、二、atig焊熔深增加的机理焊熔深增加的机理 目前国际上对表面活性剂使熔深增加的机理目前国际上对表面活性剂使熔深增加的机理还没有统一的观点。还没有统一的观点。 一般认为表面活性剂使焊接熔深增加的主要一般认为表面活性剂使焊接熔深增加的主要原因可以用原因可以用电弧收缩理论电弧收缩理论和和表面张力理论表面张力理论解释。解释。1、 电弧收缩电弧收缩 许多学者在试验中观察到电弧收缩的现象，许多学者在试验中观察到电弧收缩的现象，a-tig 焊焊时电弧会有明显收缩，致使电流密度集中，导电面积缩小，时电弧会有

22、明显收缩，致使电流密度集中，导电面积缩小，同时电弧热输入密度及电弧力也增加，最终使熔深增。同时电弧热输入密度及电弧力也增加，最终使熔深增。 下图为氦气保护下的电弧照片，由图可见有活性剂时下图为氦气保护下的电弧照片，由图可见有活性剂时电弧明显收缩现象。电弧明显收缩现象。电弧收缩的原因有电弧收缩的原因有3 种可能：种可能：（1）在电弧的中心区域电弧的温度在电弧的中心区域电弧的温度高于活性剂分子的分解温度，气体和高于活性剂分子的分解温度，气体和活性剂原子被电离成电子和正离子。活性剂原子被电离成电子和正离子。在弧柱较冷的外围区域被蒸发的物质在弧柱较冷的外围区域被蒸发的物质仍然以分子和被分解的原子的形式

23、存仍然以分子和被分解的原子的形式存在，被分解的原子大量地吸附电子，在，被分解的原子大量地吸附电子，形成负离子，使外围区域作为主要导形成负离子，使外围区域作为主要导电物质的电子减少，导电能力下降使电物质的电子减少，导电能力下降使电弧收缩。电弧收缩。（2）活性剂由多原子分子组成，在电弧气氛活性剂由多原子分子组成，在电弧气氛下发生热解离，热解离是吸热反应，根据最下发生热解离，热解离是吸热反应，根据最小电压原理电弧收缩。小电压原理电弧收缩。（3 3）因为涂层物质本身不导电，涂层物质的熔沸）因为涂层物质本身不导电，涂层物质的熔沸点都比金属的高，只有在电弧中心温度较高的区点都比金属的高，只有在电弧中心温度

24、较高的区域有金属的蒸发，形成阳极斑点，即涂层的存在域有金属的蒸发，形成阳极斑点，即涂层的存在减小了阳极斑点区从而使电弧收缩。减小了阳极斑点区从而使电弧收缩。2、 表面张力梯度的影响表面张力梯度的影响a)表面张力随温度的升高而减小。表面张力随温度的升高而减小。 在纯金属和许多合金中表面在纯金属和许多合金中表面张力随温度的增加而减小，即张力随温度的增加而减小，即d /dt0 0 ，熔池金属从外围向中心流动，熔池金属从外围向中心流动，这样形成深而窄的熔深。这样形成深而窄的熔深。 电弧收缩和熔池表面张力梯度哪一方面的影响更大呢？用涂有电弧收缩和熔池表面张力梯度哪一方面的影响更大呢？用涂有活性剂的试板进

25、行散焦电子束焊接试验，因为电子束焊没有电弧，活性剂的试板进行散焦电子束焊接试验，因为电子束焊没有电弧，不用考虑电弧收缩，因此对电子束来说只有表面张力的作用。不用考虑电弧收缩，因此对电子束来说只有表面张力的作用。 实验结果表明电子束焊时，活性剂对熔深的影响与实验结果表明电子束焊时，活性剂对熔深的影响与tig 焊相同，焊相同，初步说明活性剂能使焊缝的熔深增加初步说明活性剂能使焊缝的熔深增加2 倍多，表面张力梯度的变化倍多，表面张力梯度的变化是主要作用。是主要作用。3、 进一步讨论进一步讨论电子束熔池形状电子束熔池形状实例实例1： 不锈钢不锈钢a-tig 焊接焊接试件：试件：304304不锈钢，不锈

26、钢，200mm40mm12mm，i i型坡口，无间隙。型坡口，无间隙。活性剂：由活性剂：由siosio2 2 tio tio2 2 cr cr2 2o o3 3 卤化物等组成卤化物等组成成份范围为：成份范围为：siosio2 2+cr+cr2 2o o3 3+b+b2 2o o3 3+fe+fe2 2o o3 3+al+al2 2o o3 370%, 70%, naf+tionaf+tio2 2 +mno +mno30%30%做法做法: :用电子天平按质量百分比称取各组元，将称得的各用电子天平按质量百分比称取各组元，将称得的各组元置于研钵中经充分研磨均匀后，放在密封的玻璃瓶中组元置于研钵中经充

27、分研磨均匀后，放在密封的玻璃瓶中与适量的丙酮混合成糊状物备用。与适量的丙酮混合成糊状物备用。刷涂： 焊道只刷涂一半，涂层宽度约为20mm，刷涂的厚度以能遮盖工件表面金属光泽为宜。活性剂用量为2-5g/m，丙酮挥发后将涂层区和无涂层区一次焊接完成。图图1a 所示为焊后焊缝正面的宏观形貌。由图可见焊道在涂层区明显所示为焊后焊缝正面的宏观形貌。由图可见焊道在涂层区明显变窄，表面成型良好，有少量黑色的点状熔渣，同时正面焊道略有变窄，表面成型良好，有少量黑色的点状熔渣，同时正面焊道略有凹陷。凹陷。图图1b 为焊后焊缝背面的宏观形貌。背面焊道成型良好，余高小于为焊后焊缝背面的宏观形貌。背面焊道成型良好，余

28、高小于2mm。焊缝外观形貌焊缝外观形貌熔深熔深 在相同的焊接规范下，无活性剂的熔深在相同的焊接规范下，无活性剂的熔深3-4 mm ，有活有活性剂的熔深为性剂的熔深为12 mm 。有活性剂的熔宽比无活性剂的熔有活性剂的熔宽比无活性剂的熔宽减小。宽减小。焊接接头金相组织焊接接头金相组织 焊缝金相组织为焊缝金相组织为90%左右的奥氏体左右的奥氏体+10%左右的铁素体左右的铁素体+少少量量相，与常规的相，与常规的tig 焊组织相同。过热区也未出现异常的晶焊组织相同。过热区也未出现异常的晶粒长大现象粒长大现象。焊缝质量分数焊缝质量分数 母材、常规母材、常规tig 焊缝及焊缝及a-tig 焊缝的质量分焊缝

29、的质量分数基本相同，显然使用活性剂后对焊缝的化学成数基本相同，显然使用活性剂后对焊缝的化学成份没有影响。份没有影响。焊接接头的力学性能焊接接头的力学性能 使用活性剂后对焊接接头的力学性能也没有使用活性剂后对焊接接头的力学性能也没有影响。影响。实例实例2：钛合金钛合金a-tig焊焊活性剂：活性剂：（1）碱土金属卤化物如）碱土金属卤化物如mgf2，mgcl2，alcl3等；等；（2）多种碱金属）多种碱金属-碱土金属卤化物的混合物；碱土金属卤化物的混合物；（3）上述物质加少量）上述物质加少量tio2等氧化物；等氧化物；（4）bf2，ccl4，sicl4等气体直接混入氩气中。等气体直接混入氩气中。 活性剂有固态的，也有气态的。固态中有粉状的，也有活性剂有固态的，也有气态的。固态中有粉状的，也有丝状和带状的。粉状活性剂有