钨极氩弧焊.ppt

第五章 钨极氩弧焊,主讲：黄建平 电话材料学科与工程学院315室,第五章 钨极氩弧焊,学习目标 明确钨极氩弧焊的原理、特点及应用； 掌握钨极氩弧焊的电流种类与极性的选择； 了解钨极氩弧焊机的结构； 了解钨极氩弧焊的焊接工艺和新型钨极氩弧焊方法。 主要内容 第一节 钨极氩弧焊的原理与特点 第二节 钨极氩弧焊焊机 第三节 钨极氩弧焊工艺,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,2,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,一、钨极氩弧焊方法特征及应用 简称GTAW（Gas Tungsten Arc Welding）或TIG（Tungsten Inert Gas）。 以难熔金属钨或合金钨（铈钨、钍钨等）做电极，采用惰性气体Ar作为保护气体， 利用电极与工件之间产生 的电弧热作为热源，加热 并熔化工件和填充金属的 一种电弧焊方法。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,3,氩弧焊的引弧特性较差； 直流钨极氩弧焊电弧稳定性良好； 交流钨极氩弧焊则有引弧、稳弧和消除直流分量的问题。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,4,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,具有保护性良好、电弧稳定、能量集中、明弧焊接等优点。 焊接效率低、生产成本高。 氩没有脱氧和去氢作用。 造成焊缝夹钨。 目前焊接有色金属及其合金、不锈钢、高温合金和难熔活性金属的理想方法，特别适合不开坡口、不加填充金属的薄板及全位置焊。 钨极氩弧焊一般只适用于焊接厚度小于6mm的工件，或用于工件的打底焊，以保证单面焊背面成形。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,5,二、钨极氩弧焊的电极 作用：发射或接受电子；导通电流传输能量；自身不熔化保持电弧稳定。 1、钨极氩弧焊对电极材料的要求 基本要求： 发射电子能力强，耐高温，不易损耗； 电流容量要大； 抗损耗能力好， 引弧及稳弧性能好，安全卫生。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,6,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,7,钨极的烧损及形状变化问题 焊缝夹钨； 电弧形态改变，影响电弧力及对母材的热输入； 影响引弧性能和电极使用寿命。 种类： 纯钨：逸出功较高,大电流烧损明显。 钍钨：Th有放射性，13%Th。 铈钨：引弧和电流容量等，优于钍钨电极，2%Ce。 总体来说，铈钨优于钍钨，引弧，稳定性，许用电流，电极损伤，使用寿命等。 锆钨极、镧钨极、钇钨极。,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,2、钨极直径和端部形状 直径的选取主要取决于焊接电流大小、种类以及电源极性。这些工艺参数由板厚和材质来确定。相同直径的铈钨极比钍钨极许用电流提高58%。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,8,5,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,钨极端部必须磨光。薄板、小电流时，小直径钨极末端磨成尖锥角（约20）；大电流时磨成钝锥角（大于90）或带有平顶的锥形。抑制电弧扩散，稳定电弧斑点，减小损伤。 越大，熔深增大，熔宽减小。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,9,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,直流反极性和交流钨极氩弧焊时一般将钨极磨成圆珠形；脉冲钨极氩弧焊在相同电极条件下可提高脉冲许用电流。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,10,第一节 钨极氩弧焊的原理及特点,一、钨极氩弧焊机的分类与组成 分类： 按焊接电源性质：直流氩弧焊机、交流氩弧焊机、脉冲氩弧焊机； 按操作方式：手工氩弧焊机、半自动氩弧焊机、自动氩弧焊机,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,11,第二节 钨极氩弧焊焊机,第二节 钨极氩弧焊焊机,组成：焊接电源、控制装置、焊枪、供气及供水系统等。自动焊接设备还包括焊接小车和送丝机构。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,12,第二节 钨极氩弧焊焊机,1.焊接电源： TIG可采用直流、交流或直流与交流两用的电源。无论直流交流都应有陡降外特性或垂直外特性，以保证弧长变化时，电流波动小。交流TIG多采用矩形波弧焊电源，因其正负半波都可以调节，有利于稳弧、重新引弧，而不必加稳弧器。通过调节正负半波的时间比来获得最佳熔深，提高生产率和延长钨丝寿命，并且不用消除直流分量。,第二节 钨极氩弧焊焊机,2.钨极氩弧焊焊枪 作用：可靠的传输焊接电流和保护气体。 要求： 夹持可靠，导电性能良好； 保护气体流态好； 冷却效果好； 操作性能好； 结构简单、轻巧，通用性好。 焊接电流超过100A采用水冷， 不到100A采用气冷。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,14,3.控制系统 组成：引弧器、稳弧器、行车速度控制器、程序控制器、电磁气阀和水压开关等。 要求： 提前送气，滞后断气，以保护钨极和引弧、熄弧处的焊缝； 自动控制引弧器、稳弧器的起动与停止； 手工或自动接通和断开电源； 焊接电流能自动衰减。 TIG常采用非接触引弧，有高频振荡式和高压脉冲式两种引弧器，后者相比前者具有减少对周围电子仪器干扰、减少电器元件的损坏和减少对操作人员身体的损伤的优点。,第二节 钨极氩弧焊焊机,4.供气和送水系统 供气系统组成：氩气瓶、减压器、气体流量计、电磁气阀等。 氩气瓶 与氧气瓶类似，表面涂灰色，标有“氩气”字样。氩气在气瓶中呈气态，引出时不需预热和干燥。 减压器 用来减压和调压 气体流量计 检测气体流量的大小。 电磁气阀 受控于控制系统，以提前送气和滞后停气。 送水系统 作用：冷却焊接电缆、焊枪和钨电极。,第二节 钨极氩弧焊焊机,二、钨极氩弧焊电流种类和极性 焊接铝、镁及其合金应优先选择交流电源，其它金属一般选择直流正极性。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,17,第二节 钨极氩弧焊焊机,（一）直流正极性 工件为正极，熔池深宽比大，HAZ小，焊件变形小。 钨棒为阴极，属热阴极型导电机构，电子发射能力较强， 发热量较小而不易过热，可提高许用电流，电流密度大， 有利于电弧稳定，使用寿命长。 阳极斑点不会自动寻找氧化膜，电子撞击工件表面的冲击力很小，故无破碎、清理工件表面氧化膜的作用。 熔池深而窄，焊接生产率高，工件收缩应力小，变形小。 电弧引燃容易，燃烧温度 适用于除铝、镁及其合金外的其它各种金属材料。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,18,第二节 钨极氩弧焊焊机,（二）直流反极性 钨棒为正极，工件接负极，属冷阴极型导电机构。氧化膜上容易形成阴极斑点并产生电弧，由于阴极斑点的能量密度很高，加之正离子轰击工件表面，使表面氧化膜破碎气化而除去。（阴极清理/雾化/破碎作用） 钨极产热量大于工件产热，且散热条件差，容易使钨极过热烧损，使电弧不稳，而不得不减小许用电流。 只能用于焊接3mm以下的铝、镁及其合金的薄板构件。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,19,第二节 钨极氩弧焊焊机,（三）交流钨极氩弧 钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时，一般采用交流电源。在负极性半波，有阴极清理作用；在正极性区间，有冷却钨棒的作用。 具有引弧、稳弧以及直流分量问题。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,20,第二节 钨极氩弧焊焊机,1、引弧、稳弧措施 钨极氩弧焊通常采取非接触方式来引燃电弧，以防止焊缝夹钨和保持钨棒末端形状。 引弧措施： 提高空载电压（150220V）：变压器容量大、成本高；功率因素低；不安全 高频振荡引弧（高频高压引弧） 脉冲叠加引弧（高压脉冲引弧）、稳弧,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,21,第二节 钨极氩弧焊焊机,高频振荡引弧,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,22,第二节 钨极氩弧焊焊机,脉冲叠加引弧、稳弧 在焊件为阴极且空载电压最高时，控制触发电路使串联或并联在焊接主回路中的脉冲变压器发出高压脉冲引燃电弧；当焊件从阳极转为阴极过零时 则发出稳弧高压脉冲。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,23,第二节 钨极氩弧焊焊机,2、 直流分量的产生和消除方法 直流分量的产生及危害 采用交流钨极氩弧焊时，钨极和焊件的电、热物理性能及几何尺寸等方面的差异，造成在交流两个半周中电弧导电率、电场强度、电弧电压以及焊接电流不对称。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,24,直流分量的危害 削弱清除工件表面氧化膜的作用；焊接变压器铁芯单向磁饱和，励磁电流增大，铁损和铜损增加，效率降低；使焊接电流严重畸变，功率因数降低，影响电弧燃烧稳定性。,第二节 钨极氩弧焊焊机,直流分量的消除方法 在焊接回路中串联隔直电容、串接反极性蓄电池组或串联电阻和二极管等。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,25,第二节 钨极氩弧焊焊机,三、钨极氩弧焊设备,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,26,WSJ-500型手工交流TIG焊机,第二节 钨极氩弧焊焊机,第三节 钨极氩弧焊工艺,一、常规钨极氩弧焊工艺技术 （一）接头及坡口形式 接头形式：对接、搭接、角接、T型接、端接 坡口：4mm以下对焊采用I形坡口，装配间隙为零不加焊丝，否则加焊丝或采用卷边接头； 46mm对焊采用I形坡口双面焊； 6mm以上开V、U或X形坡口，钝边高度和装配间隙小于3mm。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,27,（二）工件和填充丝的焊前清理 由于氩气不具有脱氧去氢等能力，焊接前，焊丝、工件坡口及两侧表面至少20mm范围清理干净，以除去油污、灰尘、氧化皮、水分等。可采用机械方法和化学方法。 （三）工艺参数的选择 焊接电流和钨棒直径 保护气体流量和喷嘴孔径 喷嘴与工件的距离、弧长和电弧电压 焊接速度,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,28,第三节 钨极氩弧焊工艺,第三节 钨极氩弧焊工艺,工艺参数的影响 焊接电流 根据材料的性质和厚度来确定。焊接电流增大，凹陷深度、背面焊缝余高、熔深及熔宽都增大，焊缝余高减小。焊接电流过大，引起咬边，焊漏等缺陷，反之形成未熔透焊缝。 喷嘴与工件的距离、弧长和电弧电压 弧长增加则电弧电压增加，焊缝熔宽和加热面积增大。但弧长过长，热量损失严重，熔宽与母材熔化较小。应尽力采用较短电弧焊接。 焊接速度 热输入反比焊接速度。焊接速度越小，熔深、熔宽凹陷深度都相应增大，反之亦然。 送丝速度和钨棒直径 直径大，送丝慢；电流大，速度快，接头间隙大，送丝快。 保护气体流量和喷嘴孔径 必须匹配，以提高保护范围和保护效果。,（四）操作技术,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,30,第三节 钨极氩弧焊工艺,二、其他钨极氩弧焊工艺 （一）脉冲钨极氩弧焊 电流幅值按一定频率周期变化；脉冲电流时形成熔池，基值电流时熔池凝固，焊缝由多个焊点互相重叠而成。 调节脉冲波形、脉冲电流幅值、基值电流大小、脉冲电流持续时间，可以控制焊接热输入，从而控制焊缝及热影响区的尺寸和质量。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,31,第三节 钨极氩弧焊工艺,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,32,脉冲氩弧焊的工艺特点 可精确控制工件的热输入和熔池尺寸，特别适合薄板(薄至0.1mm)、全位置焊接和单面焊双面成形。 熔池金属冷凝快，结晶方向得以调整，焊缝金属组织致密。加之脉冲电流对熔池的搅拌作用，可减少热敏材料产生焊接裂纹的倾向，扩大可焊材料的范围。 可以用较低的热输入获得较大的熔深，使焊接热影响区和焊件变形减小，同时由于加热和冷却迅速，特别适于导热性能和厚度差别大的两种工件焊接。,第三节 钨极氩弧焊工艺,（二）热丝钨极氩弧焊 热丝从电弧后面送入到熔池中，其熔敷速度可比常用的冷丝提高2倍。流过热丝的电流产生磁场，会导致电弧磁偏吹沿焊缝作纵向偏摆，影响焊接过程的稳定性。 应采用交流电源加热填充丝，同时加热 电流不得超过焊接电流的60，填充丝的 直径也限制为1.2mm以下。,2019/11/1,第五章 钨极氩弧焊,33,第三节 钨极氩弧焊工艺,（三） 钨极氩弧焊点焊 方法特点： 只需一面点焊，比电阻点焊方便灵活； 可点焊厚度相差悬殊的工件，且可多层 板材点焊；设备费用低廉；耗电量少等。 但焊速不如电阻点焊，焊接人工费、氩气消耗费用也