钨极惰性气体保护电弧焊方式和设备使用

1、钨极惰性气体保护电弧焊方式和设备使用任务5钨极惰性气体保护电弧焊方法与设备使用TIG重点：TIG焊的焊材：电极、焊丝； TIG焊工艺； 脉冲TIG焊难点： 交流TIG焊； TIG焊工艺尤脉冲焊工艺学习建议： 应把TIG焊与其它焊接方法的特点进行比照，以促进理解、把握关键；课本的内容不够完善，应注意所补充的有关电极、工艺措施、脉冲TIG焊等有关内容；通过练习制订相应的焊接工艺等实践环节来培养和提高工艺能力和经验。第一节TIG焊的特点及应用几个概念： 钨极惰性气体保护电弧焊tungsten inert-gas arc welding使用纯钨或活化钨钍钨、铈钨等作为电极的惰性气体保护电弧焊，简称TI

2、G焊, GB/T5185-1985的标注代号是141。 钨极气体保护电弧焊GTAWgas tungsten arc welding 钨极氩弧焊argon tungsten arc welding141 氩弧焊 argon arc welding背景：1930s，航空工业的大开展提出有色金属的焊接要求，而MMA和SAW不能很好地解决这个问题此前有原子氢焊，但氢危险且焊钢时有焊缝增氢问题。为适应有色金属的焊接，钨极氩弧焊应运而生。一、TIG焊的原理如图二、 TIG焊的特点 优点 1几乎可以焊接所有的金属或合金 2焊接质量好焊缝纯洁、成形好、热影响区小 3适于薄板及打底全位置4无飞溅 缺点 焊接效率

3、低、本钱高；对焊前清理要求严格；需要特殊的引弧措施；紫外线强烈、臭氧浓度高；抗风能力差。焊接过程动画三、 TIG焊的应用 材料：多用于有色金属及其合金 厚度：多用于薄件从生产效率考虑，以3mm以下为宜 位置：多用于打底单面焊双面成形，薄件及管-管、管-板也用于填充和盖面第二节 TIG焊的电流种类和极性TIG焊电流种类和极性计有 直流：正接 反接 交流：正弦交流 变极性方波交流它们各有不同的特点和适用场合，应正确选择。一、直流TIG焊 极性优点缺点应用正接(DCEN)载流能力强、熔深大、烧损少、引弧易没有阴极清理作用用于大多数的焊接场合（除Al、Mg外）反接(DCEP)有阴极清理作用载流能力弱、

4、熔深小、烧损严重、引弧难实际很少采用正接与反接焊接效果图钨极电流承载能力及阴极清理作用阴极雾化作用的机理直流正、反接时带电粒子的运动如图：反接时如左图，工件为阴极，正离子向工件运动。因阴极区有很高的电压降，在电场作用下正离子高速撞击工件上的氧化膜，使氧化膜破碎、分解而被清理掉。又由于阴极斑点总是优先在氧化膜处形成那里电子逸出功低，阴极斑点又在邻近氧化膜上发射电子，继而氧化膜又被去除正接时如右图，这时电子向工件运动，虽数量多，但体积、质量太小，不能击碎氧化膜，没有清理作用。但此时大量电子从钨极上发射，带走大量能量对钨极产生冷却作用，所以钨极烧损少、电流承载能力大。但这时大量电子从工件向钨极运动，

5、把大量能量交给钨极，导致其温度升高而烧损。要防止烧损，只有减小电流！电流承载能力通常只有正接的1/10，电流太小，无实用价值。二、交流TIG焊 变极性方波交流itit应用：用于焊接铝、镁、铝青铜等合金外表易氧化、氧化膜致密。正半周电极烧损降低，负半周获得阴极清理作用熔深和钨极的电流承载能力介于DCEN与DCEP之间左图。DCENAC正弦波交流交流的电流形式变脉宽方波交流ti正弦波交流：设备简单，但电弧稳定性差要有特别稳弧措施、有直流分量要有特别措施消除。变脉宽方波交流：设备复杂，但电流参数灵活、电弧稳定、钨极烧损少，比正弦波交流有优势。变极性方波交流：特点与变脉宽方波交流相同，但更好因负半周电

6、流大小对阴极清理作用影响更大交流TIG焊由于电弧每秒100次过零点，加上电极钨与焊件钢、铝等的物理性质、体积差异巨大，导致正、负半波电流波形严重不对称正半波大、负半波小，带来以下问题需要解决：1、过零点复燃稳弧解决方法：用高压脉冲1500V稳弧2、回路直流分量的消除解决方法：在回路中串接电容器隔直传交it 除以上的电流形式外，TIG焊还可以用脉冲电流形式包括直流脉冲和交流脉冲，将在第五节介绍第三节TIG焊设备编号方法 如WSJ-400、WSM-400、WSE-400等各项字母的意义参见GB/T10249-1988?电焊机型号编制方法?一、分类及组成分类略组成：电源控制系统引稳弧装置焊枪供气系统

7、 水冷系统(自动焊设备还应包括焊接小车和送丝装置)一焊接电源直流电源、交流电源、交直流电源均采用陡降或垂直下降外特性。陡降外特性的电源与普通电弧焊的并无多大差异，原那么上可以通用。 多特性电源我国清华大学1980s的专利逆变电源开展方向二焊枪及电极1、焊枪编号规那么见P140水冷焊枪QS大电流焊接用I 100A 如： QS-75/400气冷焊枪QQ小电流焊接用I 100A如： QQ-85/100-C结构组成如右图，外观如以下图。喷嘴内径DN、长度l0和钨极直径dw之间的关系大致为单位mm：DN=(2.5 3.5) dwL0=(1.4 1.6) DN+(7 9)喷嘴有陶瓷、纯铜、石英喷嘴。陶瓷喷

8、嘴焊接电流不能超过350A，纯铜喷嘴使用电流可达500A。常用的以陶瓷喷嘴比较多见。各种形状的喷嘴见右图。 喷嘴孔径与钨极尺寸之间的相应数值关系大致为： 喷嘴孔径/mm钨极直径/mm6.40.581.09.51.6或2.411.13.22、电极 纯钨-应用最早，适用交流焊接，综合性能欠佳 钍钨-传统电极，综合性能较好，国外多用，有放射性。 铈钨-在低电流下有优良的起弧性能，维弧电流较小，常用于管道、不锈钢制品和细小精致部件的焊接。放射性剂量极低，在直流小电流时，是钍钨电极的首选替代品。 镧钨-焊接性能优良，耐用电流高而烧损率低；导电性能接近于2钍钨无论交直流，对习惯了钍钨的焊工，无需改变任何焊

9、接操作程序就能方便地使用这种钨极，以免受放射性危害。 锆钨-在交流条件下，焊接性能良好，尤其在高负载电流时，电极端部能保持圆球状而减少渗钨现象，并有良好的抗腐蚀性。抗氧化性强，可用于空气等离子弧切割 钇钨-焊接时弧束细长，压缩程度大，在中、大电流时其熔深最大。目前主要用于军事工业和航空航天工业。 复合电极-在钨基中添加两种以上稀土氧化物，全面提高电极的综合性能。目前未见定型产品，已列入国家新产品开发方案，应密切关注。 注意：不同的电极在端部有不同的颜色标记，可据此判断电极的种类点击看附表补充：1、钨极的端部形状 为适应不同场合的焊接要求，钨极端部要磨成不同的形状，常见的有如图：1尖锥状 适用于

10、直流正接，交流亦可 锐角通常为30左右尖锥状-适用于小直径钨极、小电流焊接的场合钝角尖锥状通常 90 -适用于大直径钨极、大电流焊接的场合 不同的锥角时电弧的形态和焊缝熔深见上图。 尖锥状的电极为防止尖端烧损，可把尖端磨成一个小平台。2(半)球状 适用于交流焊接打磨钨极应注意使端部形状均匀一致、磨痕方向正确。威特仕深圳焊接代理的钨极磨尖机国外的钨极磨尖机2、气体1、氩气-应符合GBT4842-1995?纯氩?的要求，纯度99.99VV 焊接用的氩气常以气态形式装于气瓶中。气瓶的最高工作压力为15MPa，瓶身涂色为灰色并注有绿色“氩字样。2、氦气-应符合GB4844.2-1995?纯氦?的要求，

11、纯度99.99VV合格品以上均为惰性气体惰性在此的意义：既不与金属发生反响，也不溶解于液态金属中TIG焊既可以用纯氩气，也可以用氦气电弧热量大但价格昂贵，同时也可以用混合气体包括惰性混合气如Ar-He混合气和活性混合气如Ar-CO2等。 详细3、焊材TIG焊的焊材主要为实芯焊丝焊棒。1钢类焊丝可用的焊丝包括：实芯焊丝GB/T14957-1994?熔化焊用钢丝? YB/T5092-1996?焊接用不锈钢丝? GB/T8110-1995?气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝?都可选用，其中GB/T8110-1995被推荐用于钨极气体保护电弧焊。药芯焊丝包括GB/T10045-1988?碳钢药芯焊丝?

12、和GB/T17493-1998?低合金钢药芯焊丝?TIG焊有时也可以用药芯焊丝有专用的TIG焊打底用药芯焊丝，打底时可以免去反面充氩保护。2有色金属焊丝1、GB/T10858-1989?铝及铝合金焊丝?2、 GB/T9460-1988?铜及铜合金焊丝?3、 GB/T15620-1995?镍及镍合金焊丝?手工TIG焊时，可以用以上的焊丝截成段，也有商品焊棒。供气及供水系统1、供气系统气瓶灰色减压流量计电磁气阀焊枪2、水冷系统用于焊接电流150A时开放式国产机多见，浪费水循环式进口机多见，节约水三控制系统控制的功能越来越复杂，不同品牌的设备其功能不尽相同，但有些功能是最根本的，如程序控制、引弧、提

13、前送气/滞后断气、电流衰减等。 控制系统 正向数字化方向开展。四典型TIG焊设备略第四节TIG焊工艺钨极惰性气体保护焊通用技术要求参见JB/T9185-1999?钨极惰性气体保护焊工艺方法?规定了钨极惰性气体保护焊的接头与坡口设计、材料、焊接工艺等一、坡口形式及尺寸可参考JB/T9185-1999 的相关内容和GB/T985-1988?气焊、焊条电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的根本形式与尺寸?来选定二、焊前清理氩弧焊时，对材料的外表质量要求很高，焊前必须经过严格清理，去除填充焊丝及工件坡口和坡口两侧外表至少20mm范围内的油污、水分、灰尘、氧化膜等。清理方法：1去油污、灰尘-有机溶剂或专用清洗液清

14、洗2除氧化膜-机械清理或化学清理三、TIG焊接工艺一焊接工艺参数及选择TIG焊的焊接工艺参数主要包括：焊丝直径、钨极直径、焊接电流、焊接电压、气体流量、填丝速度、焊接速度等。 1、钨极直径：根据焊接电流来选择。以下经验数据可供参考： 钨极直径/mm尖端直径/mm尖端角度（o）电流/A恒定电流脉冲电流1.00.125122152251.00.25205305601.60.52585081001.60.8301070101402.40.8351290121802.41.14515150152503.21.16020200203003.21.5902525025350电极顶角对熔宽的影响2%钍钨电极

15、2.4mm，弧长1.3mm，氩气流量19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm 电极顶角对熔深的影响 2%钍钨电极2.4mm，弧长1.3mm，氩气流量 19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm 电极尖端角度的选择可参考下表数据不同气体钨极端部条件下的焊缝熔深焊接电流（A）直流正极性交 流喷嘴孔径/mm流量/L.min-1喷嘴孔径/mm流量/ L.min-11010049.54589.56810115049.5479.51171015120061368111371020130081389131681520150013169121619815 3、焊接电流：综合考

16、虑材质、板厚、焊接位置来选择。以下是一些经验数据可供参考。焊接电流 (A)1020205050100100200200300焊丝直径 (mm) 1.0 1.61.02.41.63.02.44.5 2、焊丝直径：约等于钨极直径手工操作或参考以下经验数据 4、焊接电压：通常3mm时，建议用其它焊接方法焊接或用TIG焊打底，用其它焊接方法填充盖面。 对于不锈钢的焊接，如板厚3mm，建议用MMA、MAG或SAW焊接；如需打底，建议用TIG打底，其它方法填充盖面。 对于铝及铝合金的焊接，薄板可用全TIG焊，中厚板建议以TIG打底，MIG填充盖面。 打底最好用脉冲TIG焊。 附加保护的措施也可参见P151

17、-152 第五节TIG焊的其它方法一、脉冲TIG焊(argon tungsten pulsed arc welding)使用脉冲电流通常多用方波，分直流脉冲TIG焊和交流脉冲TIG焊。一脉冲钨极氩弧焊的特点 1、脉冲式加热，高温停留时间短、金属冷凝快，易于焊接热敏感材料； 2、热输入小、电弧能量集中、HAZ小，利于薄板焊接； 3、可精确控制热输入及熔池尺寸，适于单面焊双面成形和全位置焊； 4、高频电弧震荡利于细化晶粒、消除气孔，提高接头性能； 5、适合高速焊、提高生产率。应用：一般用于打底或薄件的焊接直流脉冲电流波形itti交流脉冲电流波形焊接过程动画it几个概念：周期T= tm + tj 频

18、率=1/T 占空比= tm /T 幅比= Im / Ij 峰值电流Im基值电流Ij峰值时间tm基值时间tj脉冲氩弧焊参数，参数选择原那么及步骤如下： 对一定板厚，有一个适宜的通电量Im tm,而最正确值Im取决于材料的种类，可近似认为与工件厚度无关如钢类约为150A。一般步骤通常是先根据材料种类选择Im，然后以板厚决定tm。当焊薄板时，Im值应选得稍低，同时适当延长tm；焊接厚板时，Im应选得稍高，并适当缩短tm。Ij一般为Im的10% 20%，tj为tm的1 3倍，即tj =(13) tm、 Ij = 1020% Im。 。 幅比、占空比的值较大时，脉冲特点较显著有利于克服热裂纹，但过大会增加咬边倾向。二直流脉冲参数及选择参数：直流脉冲TIG焊的参数与普通直流TIG焊的根本相同，只是电流变为脉冲电流有四个根本参数，可分别独立调节。脉冲电流频率超过5KHZ电弧具有强烈的电磁收缩效果，对焊接有利。焊接速度和脉冲频率要相互匹配尤自动焊，使焊点之间有一定的相互重叠量，常用频率可参照下表，一般低于10HZ。焊 接方 法手工TIG焊下列焊接速度（cm/min）的自动脉冲钨极氩弧焊20283738频率f123456脉冲TIG焊参数实例下二表，上：直流正接；下：