新版 第十二章 氩弧焊.ppt

热烈欢迎各位同仁参加取证学习 第十二章氩弧焊 2 焊接与热切割作业 河北省特种作业人员安全技术培训考核系列教材 2019 12 25 第十二章氩弧焊 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 一 氩弧焊概述1 氩弧焊的过程氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊 氩弧焊的焊接过程如图12 1所示 从焊嘴中喷出的氩气流 在电弧区形成严密的保护气层 将电极和金属熔池与空气隔绝 同时 利用电极 钨极或焊丝 与焊件之间产生的电弧热量来熔化附加的填充焊丝及基本金属 待液态金属凝固后即形成焊缝 图12 1氩弧焊示意图a 钨极氩弧焊b 熔化极氩弧焊 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 由于氩气是一种惰性气体它不与金属起反应 被焊金属中的合金元素不会氧化烧损 而且在高温时不溶于液态金属 使焊缝金属不易产生气孔 同时氩气对电弧和熔池金属的保护是有效和可靠的 可以得到较高的焊接质量 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 2 氩弧焊的特点氩弧焊与其他电弧焊方法比较特点是 1 焊缝性能优良 由于氩气保护性能好 不必配置相应的焊剂或溶剂 基本是金属熔化和结晶的简单过程 因此能获得较为纯净及高质量的焊缝 焊后基本上不需清渣 2 焊接变形与应力小 因为电弧受氩气流的冷却和压缩作用 电弧的热量集中 且氩弧的温度又很高 故热影响区很窄 焊接变形与应力小 特别适于焊接很薄的材料 3 可焊的材料很广 几乎所有的金属材料都可以进行氩弧焊 特别适宜焊接化学性质活泼金属和合金 通常多用于焊接铝 镁 钛 铜及其合金 低合金钢 不锈钢及耐热钢等 4 因为是明弧 熔池可见性好 便于操作 但电弧的光辐射很强 由于氩气的喷射作用 故适于宜全位置焊接 并易于实现机械化和自动化 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 3 氩气氩气是一种无色 无味的惰性气体 在空气的含量为0 935 按体积计算 故是一种稀有气体 我国均采用瓶装氩气用于焊接 在室温时 其充装压力为15mpa 容积一般为40l 钢瓶涂灰色漆 并标有 氩气 字样 纯度高达99 99 4 氩弧的特性 1 引燃电弧较困难 由于氩的电离势很高 电离时需要的能量较高 因此引燃电弧较困难 2 电弧燃烧稳定 氩气的单原子气体 电离不经过分子分解成原子的过程 所以能量消耗少 氩气的热容量和导热率都较小 故只要较小的热量就可以把电弧空间加热到高温 且电弧热量不易散失 有利于气体热电离 所以在氩气中 电弧一旦引燃 燃烧就很稳定 在常用的气体保护焊中 氩弧的稳定性最好 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 5 钨极钨的熔点 3410 及沸点 5900 都很高 适合作为不熔化电极 常用的有纯钨极 钍钨极和铈钨极三种 纯钨极熔点和沸点都很高 缺点是要求空载电压较高 承载电流能力较小 钍钨极加入了氧化钍 可降低空载电压 改善引弧稳弧性能 增大许用电流范围 但有微量放射性 铈钨极比钍钨极更易引弧 更小的钨极损耗 放射剂量也低得多 推荐使用 不同直径钨极的焊接电流范围如表12 1所示 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 表12 1钨极许用电流范围 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 钨极氩弧焊 tig 焊的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 正接与反接焊接效果图 dcen 直流电极接负 工件接正 称直流正接 dcep 直流电极接正 工件接负 称直流反接 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 6 氩弧焊的分类氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种 1 熔化极氩弧焊焊丝通过丝轮送进 导电嘴导电 在母材与焊丝之间产生电弧 使焊丝和母材熔化 并用氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的 它和钨极氩弧焊的区别是 一个是焊丝作电极 并被不断熔化填入熔池 冷凝后形成焊缝 熔化极氩弧焊与钨极氩弧焊相比较其特点是 效率高 因为它电流密度大 热量集中 熔敷率高 焊接速度快 同时 容易引弧 另外 因弧光强烈 烟气大 所以要加强防护 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 2 钨极氩弧焊所谓钨极氩弧焊是在氩气保护下 利用钨极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝实现金属间连接的一种焊接方法 钨极在电弧中只起发射电子的作用而不熔化 故称非熔化极氩弧焊 钨极氩弧焊按操作方式分为手工焊 半自动焊和自动焊三类 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 手工钨极氩弧焊时 焊枪的运动和添加填充焊丝完全靠手工操作 半自动钨极氩弧焊时 焊枪运动靠手工操作 但填充焊丝则由送丝机构自动送进 自动钨极氩弧焊时 如工件固定电弧运动 则焊枪安装在焊接小车上 小车的行走和填充焊丝的送进均由机械完成 在自动钨极氩弧焊中 填充焊丝可以用冷丝或热丝的方式添加 热丝是指填充焊丝经预热后再添加到熔池中去 这样可大大提高熔敷速度 某些场合 例如薄板焊接或打底焊道 有时不必添加填充焊丝 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 7 焊丝氩弧焊焊使用的焊丝成分通常应和母材的成分相近 它应具有良好的焊接工艺性能 并能提供良好的接头性能 钨极氩弧焊时 可以用母材切条作为焊丝 起填充金属的作用 熔化极氩弧焊使用的焊丝直径一般在0 8 2 5mm范围 在焊丝加工过程中进入焊丝表面的拔丝剂 油或其它的杂质可能引起气孔 裂纹等缺陷 因此 焊丝使用前必须经过严格的化学或机械清理 另外 由于焊丝需要连续而流畅地通过焊枪送进焊接区 所以 焊丝一般是以适当尺寸的焊丝卷或焊丝盘的形式提供的 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 二 钨极氩弧焊的特点1 优点 1 小电流条件下的钨极氩弧焊 适用于薄板及超薄板材料焊接 2 热源和填充焊丝可分别控制 因而热输入容易调节 可进行各种位置的焊接 也是实现单面焊双面成形的理想方法 2 缺点 1 熔深浅 熔敷速度小 生产率较低 2 钨极承载电流的能力较差 过大的电流会引起钨极熔化和蒸发 其微粒有可能进入熔池 造成污染 夹钨 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 三 钨极氩弧焊设备钨极氩弧焊设备由焊接电源 引弧及稳弧装置 焊枪 供气系统 水冷系统和焊接程序控制装置等部分组成 对于自动钨极氩弧焊还应包括小车行走机构及送丝装置 一 各种电流钨极氩弧焊的特点钨极氩弧焊要求采用具有陡降或恒流外特性的电源 以减小或排除因弧长变化而引起的电流波动 钨极氩弧焊使用的电流种类可分为直流正接 直流反接及交流三种 它们的特点如表12 2所示 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 表12 2各种电流钨极氩弧焊的特点 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 1 直流钨极氩弧焊直流钨极氩弧焊时 阳极的发热量远大于阴极 所以 用直流正接焊接时 钨极因发热量小 不易过热 同样大小直径的钨极可以采用较大的电流 工件发热量大 熔深大 生产率高 而且 由于钨极为阴极 热电子发射能力强 电弧稳定而集中 因此 大多数金属宜采用直流正接焊接 反之 直流反接时 钨极容易过热熔化 同样大小直径的钨极许用电流要小得多 且熔深浅而宽 一般不推荐使用 正接 反接 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 铝 镁及其合金和易氧化的铜合金 铝青铜 铍铜等 焊接时 可形成一层致密的高熔点氧化膜覆盖在熔池表面和焊口边缘 该氧化膜如不及时清除 就会妨碍焊接正常进行 当工件为负极时 其表面氧化膜在电弧的作用下可以被清除掉而获得表面光亮美观 成形良好的焊缝 这是因为金属氧化膜逸出功小 易发射电子 阴极斑点总是优先在氧化膜处形成 在质量很大的氩正离子的高速撞击下 表面氧化膜破坏 分解 而被清除掉 这就是 阴极清理作用 为了同时兼顾阴极清理作用和两极发热量的合理分配 对于铝 镁 铝青铜等金属和合金 一般都采用同时具有正接和反接特点的交流钨极氩弧焊 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 2 交流钨极氩弧焊交流电源主要用于焊接铝 镁及其合金和铝青铜 其特点是负半波 工件为负 时 有阴极清理作用 正半波 工件为正 时 钨极因发热量低 不易熔化 同样大小的钨极可比直流反接的许用电流大得多 交流钨极氩弧焊的主要问题是直流分量和电弧稳定性问题 交流氩弧焊铝焊接 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 二 引弧及稳弧装置氩弧焊时 可采用下列方法引燃电弧 1 高频引弧 利用高频振荡器产生的高频高压击穿钨极与工件之间的间隙 3mm左右 而引燃电弧 高频振荡器一般用于焊接开始时的引弧 交流钨极氩弧焊时 引弧后继续接通也可在焊接过程中起稳弧作用 高频振荡器主要由电容与电感组成振荡回路 振荡是衰减的 每次仅能维持2 6s 电源为正弦波时 每半周振荡一次 高频高压引弧电路 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 2 高压脉冲引弧 在钨极与工件之间加一高压脉冲 使两极间气体介质电离而引弧 利用高压脉冲引弧是一种较好的引弧方法 在交流钨极氩弧焊时 往往是即用高压脉冲引弧 又用高压脉冲稳弧 引弧和稳弧脉冲由共用的主电路产生 但又有各自的触发电路 该电路的设计能保证空载时只有引弧脉冲 而不产生稳弧冲 电弧一旦引燃 既产生稳弧脉冲 而引孤脉冲自动消失 高压脉冲引弧电路 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 三 焊枪焊枪的作用是夹持钨极 传导焊接电流和输送保护气 它应满足下列要求1 保护气流具有良好的流动状态和一定的挺度 以获得可靠的保护 2 有良好的导电性能 3 充分的冷却 以保证持久工作 4 喷嘴与钨极间绝缘良好 以免喷嘴和焊件接触时产生短路打弧 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 5 重量轻 结构紧凑 装拆维修方便 焊枪分气冷式和水冷式两种 前者用于小电流 100a 焊接 喷嘴的材料有陶瓷 紫铜和石英三种 高温陶瓷喷嘴既绝缘又耐热 应用广泛 但通常焊接电流不能超过350a 紫铜喷嘴使用电流可达500a 需用绝缘套将喷嘴和导电部分隔离 石英喷嘴较贵 但焊接时可见度好 水冷钨极氩弧焊焊炬剖视图 空冷钨极氩弧焊焊炬剖视图 四 供气系统和水冷系统1 供气系统 由高压气瓶 减压阀 浮子流量计和电磁气阀组成 减压阀将高压气瓶中的气体压力降至焊接所要求的压力 流量计用来调节和测量气体的流量 电磁阀以电信号控制气流的通断 有时将流量计和减压阀做成一体 成为组合式 2 水冷系统 使用电流大于100a的焊枪一般为水冷式 用水冷却焊枪和钨极 对于手工水冷式焊枪 通常将焊接电缆装入通水软管中做成水冷电缆 这样可大大提高电流密度 减轻电缆重量 使焊枪更轻便 有时水路中还接入水压开关 保证冷却水接通并有一定压力后才能起动焊机 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 五 焊接程序控制装置焊接程序控制装置应满足如下要求 1 焊前提前1 5 4s输送保护气 以驱赶管内空气 2 焊后延迟5 15s停气 以保护尚未冷却的钨极和熔池 3 自动接通和切断引弧和稳弧电路 4 控制电源的通断 5 焊接结束前电流自动衰减 以消除火口和防止弧坑开裂 对于环缝焊接及热裂纹敏感材料 尤其重要 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 四 钨极氩弧焊焊接工艺 一 接头及坡口形式钨极氩弧焊的接头形式有对接 搭接 角接 t形接和端接五种基本类型 端接接头仅在薄板焊接时采用 二 工件和填充焊丝的焊前清理氩弧焊时 对材料的表面质量要求很高 焊前必须经过严格清理 清除填充焊丝及工件坡口和坡口两侧表面至少20mm范围内的油污 水分 灰尘 氧化膜等 否则在焊接过程中将影响电弧稳定性 恶化焊缝成形 并可能导致气孑l 夹杂 未熔合等缺陷 常用清理方法如下 1 去除油污 灰尘可以用有机溶剂 汽油 丙酮 三氯乙烯 四氯化碳等 擦洗 也可配制专用化学溶液清洗 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 2 除氧化膜 1 机械清理 此法只适用于工件 对于焊丝不适用 通常是用不锈钢丝或铜丝轮 刷 将坡口及其两侧氧化膜清除 对于不锈钢及其它钢材也可用砂布打磨 铝及铝合金材质较软 用刮刀清理也较有效 但机械清理效率低 去除氧化膜不彻底 一般只用于尺寸大 生产周期长或化学清洗后又局部沾污的工件 2 化学清理 依靠化学反应的方法去除焊丝或工件表面的氧化膜 清洗溶液和方法因材料而异 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 三 工艺参数的选择钨极氩弧焊的工艺参数主要有焊接电流种类及极性 焊接电流 钨极直径及端部形状 保护气体流量等 对于自动焊还包括焊接速度和送丝速度 1 焊接电流种类及大小一般根据工件材料选择电流种类 焊接电流大小是决定焊缝熔深的最主要参数 它主要根据工件材料 厚度 接头型式 焊接位置 有时还考虑焊工技术水平 手工焊时 等因素选择 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 2 钨极直径及端部形状钨极端部形状是一个重要工艺参数 根据所用焊接电流种类 选用不同的端部形状 尖端角度的大小会影响钨极的许用电流 引弧及稳弧性能 小电流焊接时 选用小直径钨极和小的锥角 可使电弧容易引燃和稳定 在大电流焊接时 增大锥角可避免尖端过热熔化 减少损耗 并防止电弧往上扩展而影响阴极斑点的稳定性 钨极尖端角度对焊缝熔深和熔宽也有一定影响 减小锥角 焊缝熔深减小 熔宽增大 反之则熔深增大 熔宽减小 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 3 气体流量和喷嘴直径在一定条件下 气体流量和喷嘴直径有一个最佳范围 此时 气体保护效果最佳 有效保护区最大 如气体流量过低 气流挺度差 排除周围空气的能力弱 保护效果不佳 流量太大 容易变成紊流 使空气卷入 也会降低保护效果 同样 在流量一定时 喷嘴直径过小 保护范围小 且因气流速度过高而形成紊流 喷嘴过大 不仅妨碍焊工观察 而且气流流速过低 挺度小 保护效果也不好 所以 气体流量和喷嘴直径要有一定配合 一般手工氩弧焊喷嘴内径范围为5 20mm 流量范围为5 25l min范围 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 4 焊接速度焊接速度的选择主要根据工件厚度决定并和焊接电流 预热温度等配合以保证获得所需的熔深和熔宽 在高速自动焊时 还要考虑焊接速度对气体保护效果的影响 焊接速度过大 保护气流严重偏后 可能使钨极端部 弧柱 熔池暴露在空气中 因此必须采用相应措施如加大保护气体流量或将焊炬前倾一定角度 以保持良好的保护作用 5 喷嘴与工件的距离距离越大 气体保护效果越差 但距离太近会影响焊工视线 且容易使钨极与熔池接触 产生夹钨 一般喷嘴端部与工件的距离在8 14mm之间 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 四 操作技术焊接时 焊枪 焊丝和工件之间必须保持正确的相对位置 焊直缝时通常采用左向焊法 焊丝与工件间的角度不宜过大 否则会扰乱电弧和气流的稳定 手工钨极氩弧焊时 送丝可以采用断续送进和连续送进两种方法 要绝对防止焊丝与高温的钨极接触 以免钨极被污染 烧损 电弧稳定性被损坏 断续送丝时要防止焊丝端部移出气体保护区而氧化 环缝自动焊时 焊枪应逆旋转方向偏离工件中心线一定距离 以便于送丝和保证焊缝的良好成形 第一节氩弧焊基本原理 设备及应用 五 加强气体保护作用的措施对于对氧化 氮化非常敏感的金属和合金 如钛及其合金 或散热慢 高温停留时间长的材料 如不锈钢 要求有更强的保护作用 加强气体保护作用的具体措施有 1 在焊枪后面附加通有氩气的拖罩 使在400 以上的焊缝和热影响区仍处于保护之中 2 在焊缝背面采用可通氩气保护的垫板 反面保护罩或在被焊管子内部局部密闭气腔内充满氩气 以加强反面的保护 在焊缝两侧和背面设置紫铜冷却板 铜垫板 铜压块 水冷或空冷 都有加速焊缝和热影响区冷却 缩短高温停留时间的作用 第二节氩弧焊及安全操作 一 氩弧焊的安全特点氩弧焊影响人体的有害因素有三方面 1 放射性危害放射性钍钨极中的钍是放射性元素 但钨极氩弧焊时钍钨极的放射剂量很小 在允许范围之内 危害不大 如果在修磨电极时形成放射性粉尘进入人体内 则会严重影响身体健康 造成中枢神经系统的疾病 2 高频电磁场危害采用高频引弧时 产生的高频电磁场强度在60 110v m之间 超过参考卫生标准 20v m 数倍 但由于时间很短 对人体影响不大 如果频繁起弧 或者把高频振荡器做为稳弧装置在焊接过程中持续使用 则高频电磁辐射会对焊工造成危害 引起头昏 疲乏无力 心悸等症状 第二节氩弧焊及安全操作 3 存在有害气体 臭氧和氮氧化物氩弧焊时 弧柱温度高 紫外线辐射强度远大于一般电弧焊 因此在焊接过程中会产生大量的臭氧和氧氮化物 尤其臭氧其浓度可高达手工电弧焊的4 7倍 远远超出参考卫生标准 如不采取有效通风措施 这些气体对人体健康影响很大 是氩弧焊最主要的有害因素 第二节氩弧焊及安全操作 二 氩弧焊操作的安全防护措施1 通风措施氩弧焊工作现场要有良好的通风装置 以排出有害气体及烟尘 除厂房通风外 可在焊接工作量大 焊机集中的地方 安装几台轴流风机向外排风 此外 还可采用局部通风的措施将电弧周围的有害气体抽走 例如采用明弧排烟罩 排烟焊枪 轻便小风机等 2 防护射线措施尽可能采用放射剂量极低的铈钨极 钍钨极和铈钨极加工时 应采用密封式或抽风式砂轮磨削 操作者应配戴口罩 手套等个人防护用品 加工后要洗净手脸 钍钨极和铈钨极应放在铝盒内保存 第二节氩弧焊及安全操作 3 防护高频的措施为了防备和削弱高频电磁场的影响 采取的措施有 1 工件良好接地 焊枪电缆和地线要用金属编织线屏蔽 2 适当降低频率 3 尽量不要使用高频振荡器做为稳弧装置 减小高频电作用时间 4 其它个人防护措施氩弧焊时 由于臭氧和紫外线作用强烈 焊工操作时应穿白帆布工作服 戴好口罩 面罩及防护手套 脚盖等 在容器内焊接又不能采用局部通风的情况下 可以采用送风式头盔 送风口罩或防毒口罩等个人防护措施 第二节氩弧焊及安全操作 5 氩气瓶的安全技术要求 1 不得靠近火源 2 勿曝晒