《电弧焊与电渣焊》第6章 钨极惰性气体保护焊（TIG）.ppt

第6章 钨极惰性气体保护焊 钨极惰性气体保护焊（Tungsten Inert Gas Arc Welding) 是使用纯钨或活化钨作为非熔化电极，采用惰性气体作为保护气体的电弧焊方法，简称TIG焊。当采用氩气作为保护气体时，钨极惰性气体保护焊称为钨极氩弧焊。本章将讲述钨极惰性气体保护焊的原理及应用、焊接设备、焊接材料、焊接工艺以及热丝钨极惰性气体保护焊和钨极脉冲氩弧焊。, 6.1 TIG焊原理、特点及应用,一、TIG焊工作原理,1.钨电极 ； 2.惰性气体 ； 3.喷嘴； 4.电极夹； 5.电弧； 6.焊缝； 7.熔池； 8.母材； 9.填充焊丝； 10.焊接电源,二、TIG焊的特点,（1）能够实现高品质焊接，得到优良焊缝； （2）焊接电流的使用范围通常为5500A，适合于薄板焊接； （3）TIG焊可以焊接各种金属，如：钢、铝、钛、镁等； （4）其它优点。,1. TIG焊的优点,1 可焊材料广泛， 2 焊接位置方面-适合与全位置焊接 3 焊接厚度方面，6mm以下薄板焊接,2. TIG焊的缺点,（1）焊接效率低； （2）焊前对准备工作要求严格 ； （3）可能会造成夹钨缺陷； （4）生产成本较高。,三、TIG焊的应用, 6.2 TIG焊用焊接材料,1. 氩气(Ar) （1）比空气重25%； （2）工业纯氩的纯度可达99.99%； （3）氩气的导热系数很小 ； （4）高温时不分解吸热 ； （5）电弧容易扩展，呈典型的钟罩形，加热不够集中。,一、保护气体 TIG焊用的保护气体主要是氩气、氦气或氩与氦混合的惰性气体。,2. 氦气(He) （1）氦弧不如氩弧容易引燃和稳定 ； （2）氦弧较集中，具有较大的熔透能力 ； （3）适合于厚板、热导率高或熔点较高的材料； （4）氦气比氩气昂贵而且轻，成本很高 。,3. 保护气体种类的选择 （1）均能成功地应用于焊接各种金属材料； （2）从经济观点一般应优先选用氩气 ； （3）当焊接热导率高的原材料(如铝、铜)时，可以考虑选用氦气 ； （4）焊接不锈钢时可以在氩或氦中加入少量氢气 ； （5）焊接铜及其合金时，有些情况下也加入少量氮气。,（2） 钨极性能： （a）钨(W)的电子逸出功为454eV，但其熔点高，在高温时有强烈的电子发射能力，因此是一种目前最好的非熔化电极的材料。 （b）当在钨中加入微量逸出功较小的稀土元素，或它们的氧化物，能显著地提高电子发射能力。既易于引弧和稳弧，又可提高其电流的承载能力。,一、钨 极,1. 对电极的要求及钨极性能,（1）对钨极的要求，一般应满足三个条件： （a）引弧及稳弧性能好； （b）耐高温、不易损耗； （c）电流容量大。,（1） 纯钨电极 一般在交流TIG焊中使用，当钨电极不需要保持一定的前端角度形状时可以使用纯钨极。 （2） 钍钨极 一般用于TIG直流正接；由于钍元素具有一定的放射性，因此应用受到一定限制。 （3） 铈钨极 它的使用性能在某些方面优于钍钨极；其缺点是不适合于大电流条件下使用。 （4） 其他电极,2. 钨极材料,一、接头及坡口形式, 6.3 TIG焊焊接工艺,当焊接厚度为3mm以下的薄板时，一般不需加工坡口和填充焊丝，所得到的焊缝表面实际上略有凹陷，如下图（a）所示，因此，有时也将焊件卷边后装配焊接。在焊接厚度为6mm以上的厚板时，通常需要焊件开有坡口，并需加填充金属，形成的焊缝如下图（b）所示。,二、焊件和焊丝的焊前清理,三、焊接参数的选择,1.清除油污、灰尘 2.清除氧化膜 （1）机械清理法 （2）化学清理法,1. 焊接电流 焊接电流是决定焊缝熔深的最主要参数，要按照焊件材料、厚度、接头形式、焊接位置等因素来选定。一般先确定电流类型和极性，然后确定电流的大小。,2. 电弧电压 3. 焊接速度 4. 焊丝直径与填丝速度 5. 保护气体流量 6.钨极直径与形状 7.钨极伸出长度,根据被焊材料的性质，先选定焊接电流的种类、极性和大小，然后选定钨极的种类和直径，再选定焊枪喷嘴直径和保护气体流量，最后确定焊接速度。在施焊的过程中根据情况适当地调整钨极伸出长度和焊枪与焊件相对的位置。,四、实际焊接时，确定焊接参数的顺序, 6.4 TIG焊设备,一、 TIG焊设备的组成,1. 手工T1G焊设备组成,焊接电源、控制系统、引弧装置、稳弧装置（交流焊接设备）、焊枪、供气系统和供水系统等部分。,2. 自动TIG焊设备组成,比手工TIG焊设备多了焊枪移动装置。如果需要添加丝，则还包括一个送丝机构。,（a）阴极清理作用机理： 反接时，母材作为阴极承担发射电子的任务。由于表面有氧化物的地方电子逸出功小，容易发射出电子，因此电弧有自动寻找金属氧化物的性质，在氧化膜上容易形成阴极斑点；与此同时，阴极斑点受到质量较大的正离子的撞击，因此能使该区域内的氧化膜被破坏掉。,二、焊接电源,1. 直流电源,（1）直流反接 直流反接时电弧对母材表面的氧化膜具有阴极清理作用，这种作用也被称为“阴极破碎”或“阴极雾化”作用。,（b）缺点：钨极易产生过热，甚至熔化 ；电弧分散，加热不集中。 （c）应用：TIG焊直流反接用得较少，只用于厚度约3mm以下的铝、镁及其合金焊接。,（2）直流正接 直流正接的TIG焊是所有电弧焊方法中电弧过程最为稳定的焊接方法之一。 （a）缺点：没有阴极清理作用。 （b）应用：除焊接铝、镁及其合金以外的其它金属材料焊接。,TIG焊电流种类与极性对焊缝形状的影响,电流波形,电压波形,2. 交流电源 （1）优点：在工件为阴极的半波里有去除工件表面氧化膜的作用，在钨极为阴极的半波里钨极可以得到冷却，并能发射足够的电子以利于电弧稳定。实践证明，采用交流电源能够两者兼顾，对于焊接铝、镁合金是很适合的。 （2）缺点：产生有害的直流分量；必须采取稳弧措施。,（3）正、负半波电流幅值可调，焊接铝、镁及其合合时，无需另加消除直流分量装置。,3. 方波（矩形波）交流电源,（1）方波电流过零后增长快，再引燃容易，大大提高了稳弧性能。 （2）选择最小而必要的K，使其既能满足清除氧化膜的需要，又能获得最小的钨极损耗和可能的最大熔深。,三、引弧装置和稳弧装置,1.高频高压引弧和稳弧装置,高频振荡器电路原理图,高频振荡器的连接方式,高频振荡电压波形与电流波形的相位关系,相位关系,2. 高压脉冲引弧和稳弧装置,高压脉冲发生器电路,1. 作用与要求 （1）作用 夹持钨极、传导焊接电流和输送并喷出保护气体。 （2）要求 （a）喷出的保护气体具有良好的流动状态和一定的挺度,以获得可靠的保护； （b）枪体有良好的气密性和水密性（用水冷时)，传导电流的零件有良好的导电性； （c）枪体能被充分冷却，以保证持久地工作； （d）喷嘴与钨极之间绝缘良好，以免喷嘴和工件不慎接触而发生短路、打弧； （e）重量轻、结构紧凑，可达到性好，装拆维修方便。,四、焊 枪,2. 类 型 气冷式和水冷式,水冷式TIG焊焊枪结构 1.钨电极；2.陶瓷喷嘴；3.导气套管；4.电极夹头；5.抢体；6.电极冒；7.进气管；8.冷却水管；9.控制开关；10.焊枪手柄,五、供气系统与水冷系统,1. 供气系统,一般钨极氩弧焊时，供气系统由气源（高压气瓶）、气体减压阀、气体流量计、电磁气阀和软管等组成。,2. 水冷系统,用来冷却焊接电缆、焊枪和钨棒。当焊接电流小于150A时不需要水冷，但当焊接电流大于150A时，则需要使用水冷式焊枪。,1. 起弧前，必须用焊枪向起始焊点提前1.54s送气。灭弧后应滞后515s停气。焊枪须待停气后才离开终焊处。,六、程序控制系统,2. 焊接时，在接通焊接电源的同时，就起动引弧装置。应自动控制引弧器、稳弧器的启动和停止。,3. 焊接开始时，使电流从较小的引弧电流逐渐上升到焊接电流。焊接即将结束时，焊接电流应能自动地衰减，直至电弧熄灭。 4. 电弧引燃后即进入焊接，焊枪的移动和焊丝的送进应同时协调地进行。 5. 水冷式时，送水与送气应同步进行。, 6.5 TIG焊的其它方法,热丝TIG焊是利用附加电源预先加热填充焊丝，从而提高焊丝的熔化速度，增加熔敷金属量，达到高效率目的的一种TIG焊方法。,一、热丝TIG焊,二、钨极脉冲氩弧焊,脉冲电流波形,焊点重叠形成的连续焊缝,1.原理：它提供了一种高效、优质、经济和节能的先进焊接工艺，而且可以用来焊接过去被认为难焊的热敏感性高的金属村料，以及不易施焊的场合，如全位置焊、窄间隙焊和要求单面焊背面成形的薄件和管件焊接等。,2.特点： （1) 适宜于焊接薄板或超薄板。 （2) 适用于全位置焊接以及单面焊双面成形。 （3) 焊缝