国际焊接工程师培训重点专题钨极惰性气体保护焊

1、国际焊接工程师培训重点专题TRAINING COURSE FOR INTERNATIONAL WELDING ENGINEER钨极惰性气体保护焊Tungsten Inert Gas Welding 常用焊接方法的数字标记及缩写方 法数字标记(ISO4063)德文缩写(DIN1910)英文缩写气 焊3G氧乙炔气焊311G金属电弧焊11焊条电弧焊111ESMAW药芯焊丝金属电弧焊(自保护)114MF埋 弧 焊12UPSAW气体保护焊SG金属极气体保护焊13MSGGMAW金属极活性气体保护焊135MAGMAG药芯焊丝活性气体保护焊136FCAW金属极惰性气体保护焊131MIGMIG钨极气体保护焊14

2、WSGGTAW钨极惰性气体保护焊141WIGTIG常用焊接方法的数字标记及缩写方法数字标记(ISO4063)德文缩写(DIN1910)英文缩写等离子弧焊15WPPAW激光焊52LALBW电子束焊51EBEBW压力焊4电阻焊2RRW电阻点焊21RP缝焊22RR凸焊23RB闪光对焊24RA摩擦焊42FRFW电弧螺柱焊781B电渣焊72RESESW教学目的详细理解TIG基本原理，设备、应用、过程与常见问题。 要求内容 电源特性，引弧技术与必要设备，设备与附件（焊枪、气体透镜、控制板面、上升与下降斜率、脉冲技术）； 电流与极性(直流、直流、交流)，不同材料特殊要求如Al； 消耗材料(保护气体、焊丝、电

3、极)； 焊接工艺参数(电流、电压、焊接速度、气体流量)； 接头准备(典型接头设计、装配、清理)； 典型技术(点焊、小孔焊，热丝焊、轨道全位置焊、管与管焊、管与板焊及其他)； 填充材料、电极、气体标准，焊接应用，典型问题，针对本工艺的健康与安全。钨极惰性气体保护焊I1、焊接方法原理根据 ISO 标准，钨极氩弧焊数字代号为141。（德文缩写为WSG，WIG，英文缩写为TIG）将钨电极装夹在焊枪内，焊接电流将流过钨电极，并在钨极与工件之间产生电弧，使母材和填充的焊棒熔化，保护气体从焊枪流出，并保护钨极和焊接熔池免受空气侵入。钨极氩弧焊 TIG 焊接装置及焊接工艺钨极氩弧焊 TIG 焊接装置及焊接工艺

4、 网络 焊接电源 焊接电缆（电极） 焊接电缆（工件） 工件夹具 带有减压阀和气体流量计的保护气体瓶 保护气体软管 焊枪 焊棒 工件11 钨极12 夹紧套筒和导电咀13 电弧14 液态焊缝15 固态焊缝16 保护气罩钨极氩弧焊 3、保护气体及钨极氩弧焊的应用钨极惰性气体保护焊只能使用惰性气体作为保护气体，因为灼热的钨极是不允许产生化学反应的，所使用的惰性气体为氩气（Ar），氦气（He），氩气和氦气以及氢气（H2）的混合气体。钨极惰性气体保护焊可以焊接钢和有色金属，适合所有位置上的焊接，较为经济的构件厚度是到5mm，对于较厚工件，在焊接工艺上只用于打底焊接。钨极惰性气体保护焊可应用于重要领域中，例

5、如空间技术、精密机械、化工设备及压力容器等方面。钨极氩弧焊 4、脉冲TIG 焊接脉冲 TIG 焊接采用专用焊接电源，焊接电流为正弦波或方形波或者带有可调节脉冲参数（脉冲幅度、脉冲频率、占空比）的直流脉冲（见图2）。J1-基值电流, J2-脉冲电流, t1-脉冲电流时间, t2-基值电流时间图 2 TIG脉冲焊电流波形原理钨极氩弧焊 脉冲电流时，将较高的热输入量输送到所焊部位，使工件熔化，在脉冲间歇时，低的焊接电流只将少量热量送给工件，焊接熔池相对热量较低（见图3）。钨极氩弧焊 脉冲 TIG 焊与直流TIG 焊相比较有以下特点：优点： 较低的能量输入 在厚板焊接时具有良好的深/宽比 稳定的电弧

6、均匀的打底成形 良好定位性 工件变形小 熔池容易控制 良好的弥隙性能钨极氩弧焊 缺点： 焊接设备昂贵 参数调整较复杂5、TIG 焊枪（结构）1、按钮开关2、手柄3、钨极4、喷嘴5、水冷套6、夹紧套筒7、枪体8、焊枪帽图 4 TIG 焊枪结构钨极氩弧焊 6、钨电极TIG 焊焊缝的质量在很大程度上取决于钨极的种类和电极形状，纯钨极与含有氧化物钨极的区别在于它们的电子逸出功不同（见图9）； 比较明显的差别是：电弧稳定燃烧时，相同的电流密度下，纯钨极液化，但对于钍钨极而言此时仍为固态。钨极氩弧焊 Tth: 焊接时钍电极的温度Tr: 焊接时纯钨极的温度图9 纯钨极与钍钨极的温度和电流密度关系钨极氩弧焊

7、表1 推荐的电流范围与电极直径的关系（EN26840 TIG 焊和等离子切割钨极）电极直径mm直流（A）交流（A）电极负极性电极正极性纯钨含氧化物钨纯钨含氧化物钨纯钨含氧化物钨0.52202202152151.010751075155515701.64013060150102010204590601252.0751801002001525152565125851602.513023017025017301730801401202103.2160310225330203520351501901502504.0275450350480355035501802602403505.0400625500

8、675507050702403503304606.355087565095065100651003004504305758.0650830表 1 为推荐的电弧电流值与电极直径，电流种类和极性的关系。6.1 电极端部形式钨电极端部形状可对电弧形状以及对工件热输入产生影响（见图 10）。电极端部主要由电流种类、极性以及电流大小来确定，在直流负极性时，在一定的电流范围内，电极端部可以是锥形，在较高电流下，锥形端部将产生液化，故可改用带球形端部的钨极。TIG 焊时，电极形状对熔深的影响钨极氩弧焊 图 11 不同电流时电极端部的形状钨极氩弧焊 6.2 钨电极标记及成分标记组成成份色标氧化物杂质 / %钨

9、 / %重量种类WP-0.2099.8绿WTh4 1）0.350.55ThO20.20其余淡兰WTh100.801.20ThO20.20其余黄WTh 201.702.20ThO20.20其余红WTh 302.803.20ThO20.20其余紫WTh 403.804.20ThO20.20其余桔黄WZr 3 1）0.150.50ZrO20.20其余棕WZr 80.700.90ZrO20.20其余白WLa 100.901.20La2O30.20其余黑WCe 201.802.20CeO20.20其余灰WLa 20 2）1.802.20La2O30.20其余深兰1） 非商业用 2） 非标准钨极氩弧焊 7

10、、保护气体对熔深的影响不同保护气体由于其不同的物理性能，热传导性能亦不同，活性气体参见，图12 给出不同保护气体TIG 焊时对熔深的影响。钨极氩弧焊 图12 不同保护气体对熔深的影响角焊缝TIG焊比较在厚度 5 mm的板上使用不同的保护气体进行TIG 焊接的熔池剖面，材料号（1Cr18Ni9），电流130A，电弧长度4 mm，焊接速度15 cm/min。图13 不同保护气体TIG 焊时对角焊缝熔深的影响图13 不同保护气体TIG 焊时对角焊缝熔深的影响钨极氩弧焊 钨极惰性气体保护焊1、铝的TIG 焊接1.1 概况以下铝制材料可以考虑采用焊接方法加工。A、纯铝（A1 99.9%；A1 99.5

11、%等）具有较高的抗腐蚀性能，但强度较低(80 N/mm2)，可通过冷作成形（轧制等）提高其强度(130 N/mm2)。焊接时，焊缝附近冷作硬化区将丧失。B、硬铝合金（AlMn；AlMg3 等）通过合金成份具有较高强度(240 N/mm2)通过冷作成形强度可以提高(320 N/mm2)，但焊接时焊缝区域强度下降。钨极氩弧焊C、时效硬化铝合金（AlMgSi1；AlZnMg1 等）经热处理（时效硬化过程）可达到良好的强度性能(380N/mm2)，焊后近缝区强度损失可以通过时效(100250)或在室温下库存一段时间而得到部分恢复。铝材料焊接时的主要困难在于达到熔化温度时的氧化问题，TIG 焊时一般不使

12、用熔剂（气焊焊接铝时几乎均采用熔剂）而是通过电弧尖端电流的破碎作用，对焊接接头而言先决条件是无氧化，为此焊前首先对工件焊接区域进行清理，包括填充材料。清理距焊接时间尽可能短，以免再次氧化，清理方式采用由高合金制成的刷子进行，绝不允许使用铁制刷子。钨极氩弧焊1.2 铝的TIG 焊工艺1.2.1 铝的交流TIG 焊铝的交流 TIG 焊现已得到广泛应用，图1 为TIG 焊交流焊接过程，正半波时对熔化表面进行清理，负半波时钨极得到冷却，而每次波形通过零点时，电弧将熄灭，为此采用高频引弧器（15002000V，150KHz），使电弧重新引燃（见图2），但高频发生器工作时将对周围环境产生干扰（例如对广播电

13、台、电视台等）。表 1 为交流TIG 焊接铝材料的焊接参数钨极氩弧焊图2 脉冲发生器的脉冲点燃时间图1 交流TIG 焊钨极氩弧焊 1.2.2 铝的直流TIG 焊直流 TIG 焊时，由于阳极（+）和阴极（-）的物理现象，将产生不同的热量，反映出对焊缝熔深的影响是不同的。钨极氩弧焊1.2.2 铝的直流TIG 焊图4 直流，电极为正极和熔深形式图3 直流，电极为负极和熔深形式钨极氩弧焊图 3 说明电极为负极时，所发射的电子撞击作为阳极的工件，通过能量转换将产生很高热量，使得焊缝熔深加大，与此同时钨极尖端由于受到气体离子的撞击而使热量减少，但离子与电子相比，虽具有较大的质量，但数量远不及电子多，同时其

14、速度也不及电子。用此极性氧化膜得不到破坏，故用此极性的TIG 焊不适用于铝的焊接。图 4 电极为阳极，电子发射到电极使其强烈受热，同时较重的离子撞击氧化膜使其破碎，然而由于电极过热而烧损，使用这种极性焊接则须用大直径钨极来焊接薄板，从技术观点看，此极性也是不合适的。钨极氩弧焊有关 TIG 焊采用负极性焊接（如图3），最近有一种措施使它得到应用，即对保护气进行调整，用氦气替代通常使用的氩气，氦气具有特殊的物理性能，与氩气相比，它具有高的电离能，在相同的电流下，焊接电压高出约75%（见图5），故对工件输入较高的热量，同时氦气具有较高的热传导性能，但是这点同时也是氦气的缺点，因为它使电弧不稳定和难以

15、起弧，很多场合下使用氩气和氦气的混合气体，考虑到氦气价格较昂贵，只有在少数特别重要的构件时采用氦气替代氩气作为保护气体。钨极氩弧焊图5 采用氩气和氦气时电弧电压与焊接电流的关系钨极氩弧焊氦气的高热输入量的特点可使焊接速度得到提高。在较低的预热温度下，可得到同样的熔深（见图6）由于熔深粘度降低，使得抗气孔性能提高。图6 焊前预热对熔深的影响钨极氩弧焊1.3 TIG 焊铝的坡口准备 坡口准备按照 ISO9692-2，表4 给出其中部分坡口型式。表 4 TIG 焊铝的坡口型式钨极氩弧焊1.4 焊接缺陷TIG 焊铝时，通常由于焊枪和填充棒使用不当、保护气体焊接坡口准备和清理不符合要求均可产生焊接缺陷，

16、常见缺陷种类、产生原因和避免措施见表5。钨极氩弧焊表 5 TIG 焊铝时产生缺陷及原因和避免措施缺 陷原 因避免措施焊缝表面无光泽，边缘不光滑，流动性不好施焊部位及焊丝清理不够（没有金属光泽）刷、磨、酸洗、喷砂处理气孔焊件不干净，有油、脂、漆或潮湿清理干净，刷子是否干净表面氧化，无光泽，流动性不好氩气不纯，接头密封不严有空气进入，干伸长太长，氩气流太强检查气路，焊枪倾斜，气体软管，加大喷嘴，注意氩气流量白色烟雾，电极尖端氧化氩气流量不够背面氧化，咬边根部及背面保护不够深色残渣、气孔、电弧不稳焊枪内水循环系统密封不严，枪内有冷凝水检查焊枪，焊接间隙时关闭水阀，更换电极钨极氩弧焊铝的 TIG 焊接

17、主要产生的缺陷为气孔，这是由于铝的物理本质特征所决定，与钢相比，它产生气孔所需临界氢分压最低，在高温时熔化的铝中吸收大量氢，在凝固时，氢的熔解度突变，以气泡形式逸出，因铝热传导系数大，熔池冷却快，所以气孔来不及逸出，故焊铝时对气孔非常敏感（见图7），特别是在焊接纯铝时。一般采用预热（预热温度100250）和较低的焊接速度，情况会得到改善。钨极氩弧焊图7 氢在铝中熔解度与温度的关系钨极氩弧焊思考题1. TIG焊时，对钨电极端部形状的要求及对熔深的影响如何？ 2. TIG焊时，各种保护气体对熔深的影响 3. 说明用交流和直流对铝进行TIG焊时的主要特点是什么？ 4. TIG焊铝时易产生何种缺陷？原

18、因是什么？ 钨极氩弧焊钨极惰性气体保护焊1、填充材料焊接填充材料的国际标准（ISO）包括两个系列：按照屈服强度和全焊缝金属平均冲击功47 焦耳分类(后缀字母“A”的系列)，此系列相当于欧洲填充材料标准系列，或者按照抗拉强度和全焊缝金属平均冲击功27焦耳进行分类(后缀字母“B”的系列)，此系列是以泛太平洋国家填充材料标准为基础。本教程中出现的焊接填充材料的国际标准（ISO）均按此原则进行标识。钨极惰性气体保护焊1.1 ISO636 焊接填充材料ISO636 焊接填充材料非合金钢及细晶粒钢钨极惰性气体保护焊中的焊棒、焊丝和熔敷金属分类按照A系列分类方法可分为四项：1）第一部分给出产品/工艺的标记

19、；2）第二部分给出全焊缝金属的强度和延伸率标记；3）第三部分给出全焊缝金属冲击性能的标记；4）第四部分给出所用焊棒或者焊丝化学成分的标记。钨极惰性气体保护焊ISO 636-A W 46 3 W3Si1ISO 636-A 国际标准编号，按照屈服强度和47 焦耳冲击功分类；W 钨极惰性气保护焊46 强度和延伸率3 冲击性能W3Si1 焊棒/焊丝的化学成分按照化学成分标记的的焊丝，标记方式如下：ISO 636-A W3Si1钨极惰性气体保护焊表1 强度和延伸率标记最低屈服强度N/mm2抗拉强度N/mm2最低延伸率*) % 353554405702238380470600204242050064020

20、46460530680205050056072018* ) L0=5D0 钨极惰性气体保护焊表2 TIG 焊的填充材料化学成分标记(节选) 化学成分（质量分数） CSiMnPSNiCrMoVAlTi +ZrW0 其它 W2Si0.06-0.140.50 -0.800.90 -1.300.0250.0250.150.150.150.030.020.15W3Si10.06-0.140.70 -1.001.30 - 1.600.0250.0250.150.150.150.030.020.15W4Si10.06-0.140.80 -1.201.60 - 1.900.0250.0250.150.150.

21、150.030.020.15W3Ni1 0.06-0.140.50 -0.901.00 - 1.600.0200.80 -1.500.150.150.150.030.020.15W2Ni2 0.06-0.140.40 -0.800.80 -1.400.0202.10 - 2.700.150.150.150.030.020.15钨极惰性气体保护焊表3 冲击功标记标记冲击功达到47Ja或者27Jb的试验温度Z无要求Aa 或 Yb+ 20002-203-304-405-506-607-708-809-9010-100a 按照屈服强度和47J冲击功分类。b 按照抗拉强度和27J冲击功分类。 钨极惰性气

22、体保护焊按照B系列分类方法可分为四项1）第一部分给出产品/工艺的标记；2）第二部分给出焊态或者焊后热处理条件下全焊缝金属的强度和延伸率标记；3）第三部分给出全焊缝金属冲击性能的标记，标记后的字母U指在夏比试验下平均达到 47J （非强制性要求）；4）第四部分给出所用焊棒或者焊丝化学成分的标记。钨极惰性气体保护焊ISO 636-B W 55A 3 W3按照化学成分标记的焊丝，标记方式如下：ISO 636-B W3ISO 636-B 国际标准编号，按照抗拉强度和27 焦耳冲击功分类；W 钨极惰性气保护焊55A 强度和延伸率3 在焊态条件下的冲击性能W3 焊棒/焊丝的化学成分钨极惰性气体保护焊1.2

23、 EN1668 焊接填充材料EN1668 焊接填充材料-非合金钢及细晶粒钢钨极惰性气体保护焊中的焊棒、焊丝和熔敷金属分类 EN1668 W 46 3 W7按照化学成分标记的焊丝，标记方式如下：EN1668 W7其中：EN1668 标准编号W 熔敷金属/钨极惰性气保护焊46 强度和延伸率3 冲击功W7 焊棒/焊丝的化学成分 钨极惰性气体保护焊2、按机械化程度对钨极惰性气体保护焊的分类m手工焊 t部分机械化焊接v完全机械化焊接a自动化焊接钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊表4 按机械化程度分类钨极惰性气体保护焊表4 按机械化程度分类3、其它钨极惰性气体保护焊工艺3.1 脉冲电流焊接脉冲电流焊接时采用可控制的脉冲电流来加热工件。每一次脉冲电流通过时，工件被加热熔化形成一个点状熔池;基值电流通过时使熔池冷却结晶，同时维持电弧燃烧。钨极惰性气体保护焊IG基础电流（A） IP脉冲电流（A） IA电流平均值（A）TP脉冲时间（s） tG基础时间（s） Tc循环周期（s）图 1 脉冲焊参数的调节钨极惰性气体保护焊脉冲钨极惰性气体保护焊与普通恒定电流钨极惰性气体保护焊相比具有以下优点 较小的能量输入 板厚较大时，焊缝的深宽比较理想 电弧更稳定 均匀的焊缝根部 适用于受限制位置 工件变形较小 焊接熔池形状较好 较好的间隙“搭桥”性钨极惰性气