搅拌摩擦焊工艺研究

1、项目五项目五 钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊 （TIG）1教学目标教学目标F识读储气罐的焊接施工图；F了解钨极氩弧的原理、工艺特点及应用范围；F合理选用钨极氩弧焊焊接材料；F合理制定钨极氩弧焊工艺并正确实施；F了解钨极氩弧焊新技术2项目工作项目工作描述描述l工作任务：钨极氩弧焊不锈钢管接头焊接3工作任务要求工作任务要求1.了解钨极氩弧焊的基本原理、工艺特点及应用；2. 熟悉钨极氩弧焊的冶金特性；3. 合理选择焊接材料；4. 编制不锈钢管对接钨极氩弧焊工艺；5 .按照焊接工艺要求焊接试件；6 .分析并完善焊接工艺。4项目工作组项目工作组5名学生组成团队共同完成工作任务识读不锈钢管焊接施工图

2、；利用课堂、网络、资料室等学习储备相关知识确定焊接材料；编制焊接工艺；交流讨论，完善焊接工艺，并填写工艺片掌握钨极氩弧焊基本操作方法，按照工艺实施焊接，分析试件焊接质量，完善焊接工艺信息收集处理信息收集处理计划决策计划决策实施完善实施完善工作思路工作思路51 TIG焊的特点及应用 TIGTIG焊：焊：惰性气体保护惰性气体保护，利用，利用钨极钨极与焊件间与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（或不加产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（或不加填充焊丝），形成焊缝。填充焊丝），形成焊缝。 1.1 TIG焊的原理资资 讯讯6正极电缆 A焊枪气管流量计气瓶工件焊接电源PanasonicPana-TIG WP

3、 300冷却水开关遥控盒配电箱焊接电流收弧电流负极电缆1.1 TIG焊的原理7高频发生器 TIG TIG 焊接电源焊接电源（直流或交流）（直流或交流）钨 极熔点（3410）开口夹套喷 嘴氩 气电 弧填充焊丝工 件TIG焊工作原理焊工作原理用非熔化钨极在氩气的保护下与工件间产生电弧，实施焊接。用非熔化钨极在氩气的保护下与工件间产生电弧，实施焊接。1.1 TIG焊的原理8 TIG TIG焊一般采用焊一般采用氩气氩气作保护气体；作保护气体； 在焊接不锈钢、镍基合金和镍铜合金时可采用在焊接不锈钢、镍基合金和镍铜合金时可采用氩一氦氩一氦混合气作保护气体。混合气作保护气体。 。 在焊接厚板、高导热率或高熔

4、点金属等情况下，在焊接厚板、高导热率或高熔点金属等情况下，也可采用也可采用氦气或氦氩氦气或氦氩混合气作保护气体。混合气作保护气体。1.1 TIG焊的原理保护气体：保护气体：91.气瓶：Ar为气态储存，瓶子表面涂成灰色并注有灰色并注有“氩氩”绿色字标志字样绿色字标志字样，最高工作压力为150。使用时应避免阳光的强烈照射或放置在热源旁边应避免阳光的强烈照射或放置在热源旁边。焊接时要将气瓶稳固直立，不允许将其水平放置。2. 纯度：纯度应为99.99 %。否则产生气孔，夹渣，焊接质量变差。3. 性质：重量是空气的1.4倍，气体保护效果好。 无脱氧或去氢作用，清理要求严格。保护气体：保护气体：10 钨钨

5、 电电 极极1. 1. 作用：作用：传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧。2. 2. 对钨极的要求：对钨极的要求：发射电子能力强，电流承载能力大，寿命长，抗污染性好。150 mm钨极标志颜色11l 钍钨极钍钨极: : 含有1-2%氧化钍，电流密度大，寿命长，抗污染能力强。引弧性能好，电弧稳定。成本高，有微量放射性。l 铈钨极铈钨极: :含有2%的氧化铈，引弧性能更好，电弧稳定，热量集中，寿命长，电流密度比钍钨高5%-8%，烧损率比钍钨低5%-50%，放射性低，推荐使用。 钨钨 电电 极极12焊接方法电极材质标志颜色直流TIG焊接2%氧化钍钨（钍）红色2%氧化铈钨（铈）灰色2%氧化镧钨（镧）黄绿

6、色交流TIG焊接2%氧化钍钨（钍）红色2%氧化铈钨（铈）灰色纯钨（纯钨）绿色 钨钨 电电 极极13钨极许用电流范围表（钍钨极、铈钨极）电极直径（mm）焊接电流（A）交流直流正接直流反接0.55205201.0158015801.61.670150707015015010202.414023515025015303.22253252504002540当焊接电流超过钨极的许用值时，会使钨极强烈发热、熔化和蒸发，电弧不稳，影响焊接质量，导致焊缝产生气孔、夹钨等缺陷，同时焊缝的外型粗糙不整齐。在许用电流允许的在许用电流允许的情况下应选用细直径的钨极以提高电流密度。情况下应选用细直径的钨极以提高电流密度

7、。钨钨 极极14喷嘴电极夹套焊矩本体开口夹套钨极电极帽15焊 矩风冷式焊矩示意图风冷式焊矩示意图焊矩开关焊矩电缆气管开关插头喷嘴电极夹套焊矩本体开口夹套钨极电极帽16TIG焊分为手工和自动两种；填丝焊和不填丝焊接；焊分为手工和自动两种；填丝焊和不填丝焊接； 焊接薄焊件时，一般不需开坡口和填充焊丝；焊接薄焊件时，一般不需开坡口和填充焊丝；还可采用脉冲电流以防止烧穿焊件。还可采用脉冲电流以防止烧穿焊件。 焊接厚大焊件时，填充焊丝在电弧前方添加，以焊接厚大焊件时，填充焊丝在电弧前方添加，以提高熔敷速度。提高熔敷速度。1.1 TIG焊的原理17特点焊接范围广焊接范围广, ,可适可适用用0.30.3以上

8、不同以上不同板厚，（板厚，（6mm以下 作业性好，明弧操作，作业性好，明弧操作，便于观察和控制熔池便于观察和控制熔池电弧稳定，无飞溅、电弧稳定，无飞溅、成型好、变形小、焊成型好、变形小、焊接性能好接性能好易于实现机械化自动化易于实现机械化自动化适用于各种结构、适用于各种结构、形状的全位置焊接形状的全位置焊接可焊接所有可焊接所有工业用金属、合金。工业用金属、合金。与手工焊比：焊接成本较高，抗风能力差，设备较复杂1.21.2 TIGTIG焊的特点181.2 TIG焊的特点 钨极不熔化，容易维持电弧长度的恒定。电弧稳定，即使在很小的焊接电流下也能稳定燃烧；不会产生飞溅，焊缝成形美观。 TIG焊过程中

9、电弧还有自动清除焊件表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接其他焊接方法不易焊接的易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。 19 热源和焊丝可分别控制，因而热输入量容易调节，特热源和焊丝可分别控制，因而热输入量容易调节，特别别适合于薄件、超薄件的焊接；适合于薄件、超薄件的焊接； 可进行各种位置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，易于实现机械化和自动化焊接。接。 焊接生产率低焊接生产率低 钨极承载电流能力较差，过大的电流钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其颗粒可能进入熔池，造成夹会引起钨极熔化和蒸发，其颗粒可能进入熔池，造成夹钨。钨。 生产成本较

10、高 由于惰性气体较贵，与其他焊接方法由于惰性气体较贵，与其他焊接方法相比生产成本高，故主要用于要求较高产品的焊接。相比生产成本高，故主要用于要求较高产品的焊接。1.2 TIG焊的特点 201.3 TIG焊的应用 材料：材料：几乎可用于所有钢材、有色金属及其合几乎可用于所有钢材、有色金属及其合金的焊接，特别适合于化学性质活泼的金属及金的焊接，特别适合于化学性质活泼的金属及其合金。其合金。 结构：结构：一般只用于焊接一般只用于焊接6 6mmmm以下的焊件。以下的焊件。 主要用于薄件焊接或厚件的打底焊，易主要用于薄件焊接或厚件的打底焊，易 实现单面焊双面成形。实现单面焊双面成形。 211.4 TIG

11、1.4 TIG焊的电流种类和极性焊的电流种类和极性TIG焊的电流种类可分为直流正接、直流反接及交流三种。其特点如下：直流正极性的特点：直流正极性的特点：钨极发射电子，带走大量的逸出功，钨极发射电子，带走大量的逸出功，钨极本身温度不高，烧损小，同样钨极本身温度不高，烧损小，同样直径钨极可使用较大电流，电弧稳直径钨极可使用较大电流，电弧稳定而集中，熔深大，焊接质量好。定而集中，熔深大，焊接质量好。钨极工件22直流反极性的特点：直流反极性的特点：钨极吸收电子，钨极本身温度高，烧损大，同样大小直径的钨极许用电流要小的多，电流密度小，熔深浅而宽。阴极清理：阴极清理：在质量很大的氩正离子的高速撞击下可清除

12、铝、镁等易氧化金属表面形成的氧化膜，有阴极清理即 “ 清洁 ” 作用。工件钨极1.4 TIG1.4 TIG焊的电流种类和极性焊的电流种类和极性23电流种类电流种类直流直流交流（对称的）交流（对称的）直流正接直流正接直流反接直流反接示意图熔深特点深、窄浅、宽中等电极热量分布工件70% 钨极30%工件30% 钨极70%工件50% 钨极50%钨极许用电流最大小较大电弧引燃容易，燃烧稳定困难较易阴极清理作用无有有（工件为负时）适用材料适用材料除铝、镁外金属除铝、镁外金属一般不采用一般不采用铝、镁、铝青铜等铝、镁、铝青铜等1.4 TIG1.4 TIG焊的电流种类和极性焊的电流种类和极性24焊铝为什么要使

13、用交流？焊铝为什么要使用交流？通常情况下，铝板或镁板表面有一层很明显的氧化膜。即使工件金属熔化后，此膜也呈固体状浮在表面上（既不熔化），为达到良好的焊接效果，就需要清除此膜。工件660钨极氧化膜2050工件钨极TIG交流电源0t反极性正极性25 清洁作用：清洁作用：TIG焊接工件为阴极时，阳离子（氩气正离子）加速冲向工件，破坏并分解表面的氧化膜，使氧化膜消失。这一作用是在氩气中进行的，一旦被破坏消除后，此膜不会再生，即可得到漂亮、光洁的铝等焊缝。焊铝为什么要使用交流？焊铝为什么要使用交流？ 为了兼顾钨极和工件发热量的合理分配，对于铝、镁等金属一般都采用同时具有直流正接和直流反接特点的交流钨极氩

14、弧焊交流钨极氩弧焊。262.1 接头形式的选择决策与计划决策与计划2. TIG焊工艺272.1 TIG焊接头形式的选择282.2 2.2 焊前清理焊前清理清理目的清理目的 ：清除油污； 清除氧化膜。油污、灰尘的清理方法：油污、灰尘的清理方法：用汽油、丙酮等有机溶剂清洗焊件与焊丝表面；用汽油、丙酮等有机溶剂清洗焊件与焊丝表面；按焊接生产说明书规定的其他方法进行。按焊接生产说明书规定的其他方法进行。 292.2 2.2 焊前清理焊前清理 氧化膜的清理方法：氧化膜的清理方法：a.机械方法机械方法：机械加工、吹砂、磨削及抛光等（焊件） 不锈钢、高温合金焊件：用砂布打磨或抛光法；铝合金：用细钢丝轮、钢丝

15、刷（d0.15mm）或刮刀将焊件接头两侧一定范围的氧化膜除掉；清理范围：焊件接头两侧30 50mm宽度内。生产效率低，成批生产时常用化学法。生产效率低，成批生产时常用化学法。30b.化学法: 对于铝、镁、钛及其合金等有色金属对于铝、镁、钛及其合金等有色金属的焊件与焊丝表面氧化膜的清理效果好，且生产的焊件与焊丝表面氧化膜的清理效果好，且生产率高。率高。2.2 2.2 焊前清理焊前清理 严格要求严格要求31l 注意事项：注意事项：清理后的焊件与焊丝必须妥善放置与保管，一般应在应在24h24h内内焊接完。l 如果存放时间太长，其表面氧化膜仍会增厚并吸附水分，因而为保证焊缝质量，必须在焊前重新清理。2

16、.2 2.2 焊前清理焊前清理 严格要求严格要求322.3 填充焊丝的选择 不填充焊丝法主要用于薄板焊接不填充焊丝法主要用于薄板焊接。 如厚度在3mm以下的不锈钢板，可采用不留间隙的卷边对接，焊接时不加填充焊丝，而且可实现单面焊双面成形。 TIG焊时，可采用填充焊丝或不填充的方法填充焊丝或不填充的方法形成焊缝。33l焊接材料： 钨极直径；端部形状；保护气体； 焊丝牌号；焊丝规格。l 能量参数： 焊接电流；电弧电压；焊接速度；l 保护效果：喷嘴孔径； 喷嘴至焊件之间的距 离；气体流量。 l 电源极性： 直流（正接，反接）；交流；脉冲。2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择342.4 2.4

17、 焊接参数的选择焊接参数的选择焊接电流材料种类焊件厚度焊接位置结构特点钨极直径喷嘴孔径气体流量TIGTIG焊接参数的选择原则焊接参数的选择原则35板厚mm不锈钢(A)铝(A)铜(A)焊接速度cm/min钨极直径mm气体流量L/min钨极与工件距离mm0.8-1.030-5020-5040-6520-301-1.65-61-1.21.2-2.060-10030-8050-12020-251.6-26-71.6-2.52.5-3.0110-160120-160130-20015-252-2.47-82.5-3.54.0-4.5170-220170-240220-30015-202.4-3.28-9

18、455.0-6.0200-250200-320300-37015-203.2-410-125-68.0-10.0240-300300-380350-43010-123.2-410-12612 300 400 50010-12 4.812-15636焊接电流焊接电流增大，凹陷深度a1、背面焊缝余高e、 熔透深度s、焊缝宽度c增大； 而焊缝余高h减小焊接电流太大，易引起焊缝咬边、焊漏等缺陷；焊接电流太小，易形成未焊透。2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择37电弧电压电弧电压（弧长）增加，熔宽 c 增大；弧压过高，电弧热量分散使热效率下降，电弧力对熔池的作用减小，熔宽 c 和母材熔化面积均减

19、小。弧压过高，气体保护效果降低。不加丝弧长以控制在不加丝弧长以控制在13mm，加丝焊，弧长约加丝焊，弧长约36mm。L （11.5），应尽量采用短弧进行焊接。2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择38焊接速度焊接速度减小，凹陷深度a1、熔透深度s、熔宽c增大。焊接速度过快焊接速度过快，气体保护效果降低，易产生未焊透、 气孔、夹渣和裂纹等。焊接速度过慢焊接速度过慢，焊缝易产生焊穿和咬边。自动高速焊时，为了扩大有效保护范围，可适当加大喷嘴孔径和保护气流量。2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择39提示：焊接铝及铝合金铝及铝合金等高导热金属时，为了减少 变形，应采用较快的焊接速度较快的焊

20、接速度。 焊接有裂纹倾向的合金时，不能采用高速焊接。 非平焊位置非平焊位置焊接时，为保证较小的熔池， 避免铁水下流，尽量选择较快的焊速较快的焊速。2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择40l 钨极直径：取决于焊件厚度、焊接电流的大小、种类和极性。当焊接电流超过钨极的许用值时，会使钨极强烈发热、熔化和蒸发，电弧不稳，导致焊缝产生气孔、夹钨等缺陷，焊缝的外型粗糙不整齐。原则上应尽可能选择小的电极直径。电极直径（电极直径（mm）焊接电流（焊接电流（A）交流交流直流正接直流正接直流反接直流反接1.0158015801.6701507015010202.414023515025015304.030

21、042540050040552.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择41l 钨极的伸出长度：一般为510mm；对接对接: :5 6 ；角接；角接: :7 8 ；过长钨极易氧化钨 极喷 嘴填充焊丝工 件电弧长度 ( L )钨极伸出长度2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择42 钨极的端部形状：钨极的端部形状：根据电流种类和大小选用不同的端部形状。小电流：小的钨极直径和锥角易引弧，电弧稳定。 大电流焊接时：增大锥角可避免尖端过热熔化，减少损耗。 直流正接直流正接 交交 流流钨极直径（mm）尖端直径（mm）尖端角度（O）电流（A）恒定直流脉冲电流1.00.125122152251.00.2

22、5205305601.60.52585081001.60.8301070101402.40.8351290121802.41.14515150152502.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择43钨极的端部形状：钨极的端部形状：钨极尖端角度对焊缝熔深和熔宽也有一定影响：减小锥角，焊缝熔深增大熔宽减小。 交交 流流直流正接直流正接工件钨极钨极工件2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择44气体流量和喷嘴直径：气体流量和喷嘴直径： 影响气保护效果的重要因素。影响气保护效果的重要因素。气体流量气体流量q与喷嘴直径与喷嘴直径D，在一定条件下，都有一个最，在一定条件下，都有一个最佳值（佳值（M点

23、），在这个最佳值时，气体保护有效直径点），在这个最佳值时，气体保护有效直径Dy最大，其保护效果最佳。最大，其保护效果最佳。 2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择45为了获得良好保护效果，气体流量与喷嘴直径匹配。为了获得良好保护效果，气体流量与喷嘴直径匹配。对于一定直径的喷嘴，有一个获得最佳保护效果的气体流量，此时保护区范围最大，保护效果最好。如果喷嘴直径增大，气体流量也应随之增加才可得到良好的保护效果。 流量为: I100A 67 L/min; I200A 89 L/min; I 300500A 1015 L/min)2.4 2.4 焊接参数的选择焊接参数的选择46填充焊丝填充焊丝焊丝

24、的化学成分应与母材的性能相匹配, 主要合金元素含量应比母材稍高。钢焊丝时应尽量选专用焊丝。有色金属焊丝焊接铜、铝、镁、钛及其合金时应注意成分相符。可将与母材成分相同的薄板剪焊丝。焊丝在使用前应采用机械或化学方法清除其表面的油脂、锈蚀等杂质，并使之露出金属光泽。焊接电流 (A)1020205050100100200200300焊丝直径 (mm)01.001.61.02.41.63.02.44.547lTIG焊可分为手工TIG焊和自动TIG焊两种，其操作技术的正确与熟练是保证焊接质量的重要前提。由于焊件厚度，施焊姿式，接头形式等条件不同，操作技术也不尽相同。下面主要介绍手工TIG焊基本操作技术。实

25、实 施施48l 3.13.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 49I I形对焊要点形对焊要点 I形对焊要点: 焊炬倾角过大易造成蛇行焊缝。 焊接电流值应比其它形状时略低。焊接方向填充焊丝1520 07080 03.13.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 503.13.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 51l 加强保护效果的措施：加强保护效果的措施：加挡板；扩大正面保护区； 反面采取保护。预先加挡板的方法；加大气体流量和灵活控制焊枪相对于焊件的位置等方法来提高气体保护效果。3.13.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 52l 扩大正面保护区 焊接容易氧化的金属及其合金（如钛合

26、金）时要求对处于高温的焊缝段及近缝区表面也需要进行保护。 常在焊枪喷嘴后面安装附加喷嘴，也称拖斗。附加喷嘴里可另供气也可不另供气。3.13.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 53 用于焊接较厚的不锈钢和耐热合金材料时，可 不另供气。这种拖斗耗气不大，比较经济。 用于焊接钛合金时，则需另供气，且在拖斗里安装气筛，使氩气在焊接区缓慢平稳地流动，以利于提高保护效果。3.13.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 54图3 附加喷嘴（拖斗）的结构示意图a）附加喷嘴不通保护气 b）附加喷嘴通保护气图4 保护气直接通入焊缝反面保护示意图3.13.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 553.13

27、.1 TIG TIG焊操作技术焊操作技术 56收弧收弧收弧处应添加填充焊丝多使弧坑填满，这对于焊接热裂纹倾向较大的材料时，尤为重要。采用电流衰减方法和逐步提高焊枪的移动速度或工件的转动速度，以减少对熔池的热输入来防止裂纹。在焊接拼板接缝时，通常采用引出板将收弧处引出焊件，使得易出现缺陷的收弧处脱离焊件。3.1 TIG焊操作技术 57l 脉冲脉冲TIGTIG焊焊 采用可控的脉冲电流来加热焊件，以较小的基值电流来维持电弧稳定燃烧。当每一次脉冲电流（也称峰值电流）通过时，焊件上就产生一个点状熔池，当脉冲电流停歇时，点状熔池冷却结晶。能力拓展 合理地调节脉冲间歇时间， 保证焊点间有一定的重叠量，就可获得一条连续气密的焊缝。58 脉冲TIG焊有交流、直流之分，而根据波形不同又有矩形波、正弦波，三角波三种基本波形。脉冲TIG焊具有以下的基本特点：59脉冲TIG焊都具有以下的基本特点 电弧压力大、挺度好，可明显地改善电弧的稳定性。可控制对母材的热输入及