焊接方法与设备——第六章 钨极氩弧焊.ppt

焊接方法与设备,第六章 钨极氩弧焊,,基本原理,一、基本要求 1、了解钨极氩弧焊的特点及应用 2、了解气体保护的特点及钨极氩弧焊焊枪的结构特点 3、掌握钨极氩弧焊几种主要工艺的特点及工艺参数的选 择原则 4、掌握脉冲钨极氩弧焊的工艺特点 5、掌握钨极氩弧焊的引弧方式及特点 6、了解交流钨极氩弧焊易出现的问题及解决方法 三、重点 1、钨极氩弧焊的工艺特点及工艺参数的选择原则 3、脉冲钨极氩弧焊的工艺特点 4、钨极氩弧焊的引弧方式,§6-1 钨极气体保护焊的特点及应用,一） 钨极气体保护焊的特点 （一）特点 1、TIG焊具有以下优点： 1) 焊接过程稳定 • 氩气是单原子分子、不分解、热导率很小，因此，电弧的 热量损失少，电弧一旦引燃，就能够稳定 燃 烧； • 钨棒本身不会产生熔滴过渡，弧长变化较少，也有助于电 弧的稳定燃烧 2) 焊接质量好 氩气是一种惰性气体，它既不溶于液态金属，又不与金属起任何化学反应；而且氩的原子量较大，有利于形成良好的气流隔离层，有效地阻止氧、氮等侵入焊缝金属3) 适于薄板焊接、全位置焊接以及不加衬垫的单面焊双面成形工艺 用几安培的小电流，钨极氩弧仍能稳定燃烧，而且热量相对较集中，因此可焊接0.3毫米的薄板； 4) 焊接过程易于实现自动化 TIG焊的电弧是明弧，焊接过程参数稳定，易于检测及控制，是理想的自动化乃至机器人化的焊接方法。

5）焊缝区无熔渣，焊工可清除地看到熔池和焊缝成形过程 2、TIG焊具有以下缺点： 1) 抗风能力差 TIG焊利用气体进行保护，抗侧向风的能力较差侧向风较小时，可降低喷嘴至工件的距离，同时增大保护气体的流量；侧向风较大时，必须采取防风措施2) 对工件清理要求较高 由于采用惰性气体进行保护，无冶金脱氧或去氢作用，为了避免气孔、裂纹等缺陷，焊前必须严格去除工件上的油污、铁锈等 3) 生产率低 由于钨极的载流能力有限，致使TIG焊的熔透能力较低，焊接速度小，焊接生产率低§6-2 钨极氩弧焊的焊接材料,钨极气体保护焊的焊接材料主要有：保护气体、填充金属和电极材料等 一、保护气体 一）选用的气体 TIG焊一般采用氩气、氦气、氩氦混合气体或氩氢混合气体作为保护气体 氩气 应用最多的气体，电弧稳定 ，引弧特性好、 焊缝成形好 氦气 热传导性能比氩气好,能实现更快的焊接速度, 焊铝时气孔更少；熔深和熔宽增加,,二）气体保护效果 取决与流体流态和流量 1、气体的流态 层流： 管子中的气体呈层状或束流状运动，各个质点的运动方向均沿 着轴向，相互之间不干扰或混杂 紊流：气体在管内流动时，气体质点之间相互干扰或混杂，内部有许多 旋涡。

流态取决于雷诺系数,d – 管子直径 p – 气体速度 - 流体的粘滞系数 R小于或等于2300时为层流（R 2300时为紊流） 即使满足上述条件管子两端不是纯层流离开两端（40-50） d才能变为层流,（二）焊枪中喷出的气体流态 喷出的气体之流态决定了保护效果，由于焊枪不可能做得很长，因此不可能为全部层流只有近壁部分层流改进措施： 1） 焊枪结构中加节流装置，减小喷嘴入口气流的紊乱程度，建立起 较厚的层流 2） 改善喷嘴内气流通道的形状二）焊枪的结构 作用： 导通电流 提供保护气体 固定钨极 1、气体镇静室 从焊枪的进气口导喷嘴入口：使进入焊枪的气体沿径向均匀化 2、节流装置 铜网或金属孔板，使气体的流速变低，紊乱程度降低，便于建 立较厚的层流 3、喷嘴 形状及尺寸影响大 圆柱形最后，收敛形稍差 喷嘴长度： 内壁光滑、出口边缘成直角二）、电极材料 TIG焊电极的作用是导通电流、引燃电弧并维持电弧稳定燃烧要求： 1） 由于焊接过程中要求电极不熔化，因此电极必须具有高 的熔点，钨的熔点为3380°C以上，可满足要求 损耗：正常 - 氧化、蒸发 异常：短路时，特别是与熔池短路时 2） 电流容量大：即一定直径的钨极允许通过的最大电流。

允许过的电 流是有限的，过大则钨极熔化形成熔球 ，电弧漂移 2） 引弧及稳弧性能好，还要求电极具有较低的逸出功、较 大的许用电流、较小的引燃电压铝 钨 钍钨(+ThO2) 铈钨(CeO) 3.95eV 4.31-5.16 2.63 1.36 纯钨的逸出电压较大，引弧性能不好，但由于可达到很高的温度，稳弧好纯钨 WP: 直流焊时引弧相对较差, 易形成光滑 的球端，电流负载能力低、寿命短 钍钨 WT: 引弧非常容易, 更高的负载能力，但稍 带放射性 铈钨 WC: 性能优于钍钨：无放射性；寿命长；载 流能力大（高5-8%）；阴极电压低、电 弧稳定 镧钨 WL: 比钍钨或铈钨有更长的使用寿命， 但引弧性能不好三）钨极形状 小电流：锥形，电弧易于引燃，电弧集中，熔深大 大电流：锥台形 交流：球形,DC 小电流 DC大电流 AC,,,,,,,,,,dp=(1/3~1/4) dw,dw,,,,l =(2~4) dw,三）、填充金属 采用TIG焊焊接厚板时，需要开V形坡口，并添加必要的填充金属填充金属的主要作用是填满坡口，并调整焊缝成分，改善焊缝性能 目前我国尚无专用TIG焊丝标准，一般选用熔化极气体保护焊用焊丝或焊接用钢丝。

选用原则： 低碳钢及低合金高强度钢： 一般按照等强度原则选择 焊接用钢丝； 铜、铝、不锈钢： 一般按照等成分原则选择熔化极气体保护焊焊丝 焊接异种钢时： 如果两种钢的组织不同，则选用焊丝时应考虑抗裂性 及碳的扩散问题； 如果两种钢的组织相同，而机械性能不同，则最好选 用成分介于两者之间的焊丝§6-3 电流种类及极性,DC - DC+ AC,,,,一、直流正接 • 工件接正极，钨棒接负极 特点： 1）电流容量大 由于钨极（通常为铈钨极或钍钨极）的 电子逸出功较小，电子热发射能力强，对电极有冷却作用，因此，较小直径的钨棒就可承载较大的电流 2）与直流反接相比，在同样的焊接电流下，直流正接可 采用较小直径的钨棒，这样就使电流密度增大，从而 提高了电弧稳定性， 3）在工件上形成窄而深的熔池 4）无破碎工件氧化膜的作用 实际生产中这种接法广泛用于除铝、镁及其合金以外的其它金属的焊接二、直流反极性接法 工件接负极，钨接正极性 1） 电弧具有“阴极清理作用”，能去除工件表面的氧化 膜实际生产中，这种接法仅用于焊接铝、镁及其 合金的薄板 2） 钨极的载流能力较小，同样电流需使用较大直径的 钨极电弧不够稳定。

3） 电子从工件的熔池表面产生，经过电弧加速撞向电 极，使钨极易因过热而烧损DC- 正极性接法 100A DC反接法 100A 交流 100A,三、交流TIG焊 交流TIG焊机分为正弦波交流及方波交流两种 1 交流TIG焊的特点 交流TIG焊的焊接电弧的极性发生周期性变化， 因此， 工艺上兼有直流正接及直流反接的特点 1） 负半波时，氩弧对工件产生阴极雾化作用； 2） 在交流正半波时，电弧的热量主要集中于工件上 ，不但使钨极得以冷却，还使焊缝得到足够的熔 深 交流TIG焊广泛用于铝、镁及其合金的焊接，但交流TIG 焊存在电弧不稳及直流分量等问题，因此在焊接设备上 应采取专门的措施予以解决2、直流分量 1）产生原因 • 钨极与工件的熔点不同； • 逸出功不同； • 几何尺寸相差很大 使交流TIG焊正负半波的电导率、电弧电压、再引燃电压存在很大的差别因此，正负半波电流不对称，从而导致直流分量 2）危害 • 直流分量既影响焊缝成形，降低阴极雾化作用 • 恶化设备的工作条件，变压器铁芯易饱和，降 低功率因数，是电弧电流的形状偏离正弦，降 低电弧的热效率系数u0,ua,,I,3）通常配置消除直流分量的装置。

1） 正弦波交流TIG焊机通常通过在焊接主回路串 接大容量无极性电容器的方法来消除直流分量， 该方法既可完全消除直流分量，又不额外损耗 能量 2） 方波交流TIG焊机可通过调节正负半波的极性比 （D=tSP/（tSP+tRP））来消除直流分量，当 I+t+=I-t- 时，直流分量为零15% + 极 85% + 极 85% - 极 15% - 极,交流平衡调节的作用,3、 稳弧装置 1）正弦波交流电弧 正弦波交流电弧的电流、电压过零时速度较慢，电源电压达到再引燃电压所需要的时间较长，因此存在较长的熄弧时间；特别是从正半波向负半波转变时，由于母材发射电子的能力很弱，电弧的重新引燃特别困难，所以正弦波交流TIG焊机必须采取稳弧措施 • 在焊接回路中串接一高压脉冲发生器 • 在焊接回路中加高频振荡器 稳弧脉冲一般施加在电流极性发生变化的瞬间2）方波交流电弧 方波交流电弧的电压及电流过零时，电流及电压的变化在 瞬间内完成因此在较低的电压下（2040 V）就可使电弧 再引燃，基本上无熄弧时间，电弧稳定性很好所以， 方波交流TIG焊机无需任何稳弧措施t-,,,t+,,,I+,I-,t,I,§6-2 钨极气体保护焊设备,一、设备的分类 TIG焊机的分类方法有多种。

• 按操作方式分类: 手工TIG焊机和自动TIG焊机两种 • 按所用电源类型分类: 直流TIG焊机、交流TIG焊机及脉冲 TIG焊机三种此外还有交直流两用TIG焊机； • 按引弧方式分类，可分为接触引弧式和非接触引弧式TIG焊 机两种 二、钨极气体保护焊设备的组成 TIG焊机通常由弧焊电源、控制箱、焊炬、水冷系统及供气系统组成自动TIG焊机还配有行走小车、焊丝送进机构等一） 电源 • 外特性： 陡降外特性或垂直外特性，主要是 为了得到稳定的焊接电流 • 电源空载电压：70V以下 （二） 控制箱及引弧装置 1 控制箱 控制箱中主要安装焊接时序控制电路 控制提前送气、滞后停气、引弧、电流通断、电流衰减、冷却水流通断等对于自动焊机，还要控制小车行走机构行走及送丝机构送丝 2 引弧装置 TIG焊的引弧方式有：接触引弧及非接触引弧两种1）非接触引弧 （1）大电流TIG焊机一般不采用接触引弧因为 • 短路电流使钨极熔化、烧损， • 易使液态钨进入熔池中，造成焊缝夹钨，影 响焊缝力学性能 （2）常用的非接触引弧方式有两种： • 高频振荡器引弧 当高频振荡器接通时，其输出端可输出频率为150260 kHz、电压为3000 V左右的高频电压，该电压施加在钨极和工件上，击穿两极间的气隙，引燃电弧。

通常将高频振荡器串接在焊接回路中高频振荡器及其接法,升压变压器T1 火花放电器P：0.11.0mm 振荡电容Ck 自耦变压器T2 门壳开关K：只有低频部分盖住后才能接通 保护电容Cf,P,其输出端可输出频率为150260 kHz、电压为3000 V左右的高频电压，该电压施加在钨极和工件上，击穿两极间的气隙振荡消耗能量，只能维持半个周期的1/52/3的时间，经过这么长的时间后，火花放电器停止放电恢复绝缘，如果不能引燃电弧，那么重复振荡过程高频对周边电子仪器影响,• 高压脉冲引弧 在引弧时，高压脉冲发生器将20003000 V的高压脉冲施加到钨极和工件上，击穿气隙引燃电弧常用于交流TIG焊机上需要通过控制高压脉冲相位，使之叠加在反极性半波中空载电压最大的相位处，以有利于电弧的引燃高压脉冲引弧装置也广泛用作交流TIG焊的稳弧装置，不过稳弧时，高压脉冲应施加在正半波向负半波转变的相位处稳弧,引弧,, 稳弧： 为什么要稳弧？ 高压脉冲 高频振荡器一般不用，因为难以保证相位关系2) 接触引弧 接触引弧是通过接触---回抽过程实现的引弧时首先使钨极与工件接触，此时，短路电流被控制在较低的水平上（通常小于5 A），预热但不熔化钨极；钨极回抽后，在很短的时间内（几微秒）将电流切换为所需要的大电流，将电弧引然。

该方法仅适用于直流正接的直流氩弧焊机其最大的优点是避开了高频电及高压脉冲的干扰，可用于。