TIG焊原理简介与发展实用教案

1、定义(dngy)非熔化极惰性气体保护焊（Tungsten Inert Gas arc Welding），又称TIG焊，实际生产中通常(tngchng)指钨极氩弧焊（此后提到TIG焊均指钨极氩弧焊），是采用钨丝作为电极材料，并以惰性气体“氩气”作为保护气体的一种电弧焊接方法。 它是利用专用的氩弧焊枪，从喷嘴中喷出氩气流，保护电弧与空气隔绝，电弧和熔池在气流层的包围中燃烧、熔化，通过填丝或不填丝，把两块分离的金属牢固地连接在一起，形成永久性接头的过程。第1页/共49页第一页，共50页。目录(ml)01020304氩弧焊设备(shbi)不同(b tn)材料的焊接与MIG焊对比TIG焊发展分支第2页/

2、共49页第二页，共50页。01氩弧焊设备氩弧焊设备(shbi)(shbi)第3页/共49页第三页，共50页。氩弧焊设备(shbi)水冷式气冷(q ln)式氩弧焊枪水冷系统(xtng)送丝机构水冷系统及送丝机构交流、直流逆变式脉冲式氩弧焊机电源氩气瓶、减压器、气体流量计、电磁气阀供气系统第4页/共49页第四页，共50页。氩弧焊焊机组成(z chn)第5页/共49页第五页，共50页。氩弧焊机电源(dinyun) 交流钨极氩弧焊机 普通交流钨极氩弧焊机是最简单的焊接电源，它主要是焊接变压器（即弧焊变压器），弧焊变压器的伏安(f n)特性通常为恒流特性。这种交流焊接电压器，可分为动铁芯式和动圈式两大类

3、。第6页/共49页第六页，共50页。动铁芯式第7页/共49页第七页，共50页。动圈式第8页/共49页第八页，共50页。弧焊电枪钨极氩弧焊的焊枪，按冷却类型可分为水冷式和气冷式两种。钨极氩弧焊的电极，一般采用钨铈合金，这种合金电极的使用寿命长，损耗低，引弧性能(xngnng)好。喷嘴由陶瓷材料制作，绝缘、耐热性好。第9页/共49页第九页，共50页。供气(n q)系统供气系统包括氩气瓶、减压器、气体流量计及电磁气阀等。电磁气阀是开闭气路的装置，它由焊机内的延时继电器控制(kngzh)。可起到提前供气和滞后停气的作用。当切断电源时，电磁气阀处于关闭状态；接通电源后气阀芯子联通密封塞被吸上去，气阀打开

4、，气体进入焊炬。第10页/共49页第十页，共50页。水冷及送丝水冷系统 TIG焊在采用大电流或连续焊接时，需要有一套水冷却系统，用于冷却焊炬和导线电缆。水冷系统一般可以采用城市自来水或独立的循环冷装置。在水路中，装有水压开关，以保证在冷却水接通后才能(cinng)启动焊机。第11页/共49页第十一页，共50页。水冷及送丝送丝机构 在自动或半自动TIG中，送丝装置是重要的组成部分。送丝系统的稳定性和可靠性，直接影响着焊接质量。 通常，细丝(x s)（焊丝直径小于3 mm）采用等速送丝方式；粗丝（焊丝直径大于3 mm）采用弧压反馈的变速送丝方式。第12页/共49页第十二页，共50页。02与与MIG

5、MIG焊对比焊对比(dub)(dub)第13页/共49页第十三页，共50页。MIG焊MIG焊（Metal Inert Gas Arc Welding），熔化极惰性气体保护焊，是使用熔化电极，以外加(wiji)气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。第14页/共49页第十四页，共50页。MIG焊 在熔化极电弧中，高温等离子体中的气体原子电离成正离子和电子，电子从阴极向阳极运动，而正离子从阳极向阴极运动，采用直流反极性接法（DCEP）时（熔化极电弧焊通常采用的这种接法），电子从工件(gngjin)向焊丝运动，正离子从焊丝向工件(gngjin)运动。电子是电流的主要载

6、体，电子流占电流的绝大多数。传统电流方向是从焊丝指向工件(gngjin)。第15页/共49页第十五页，共50页。MIG焊MIG焊具有以下特点(tdin)：(1)单原子惰性气体保护，电弧燃烧稳定，熔滴细小，熔滴过渡过程稳定，飞溅小，焊缝冶金纯净度高，力学性能好。(2)焊丝作为熔化极，电流密度高，母材熔深大，焊丝熔化速度和焊缝熔敷速度高，焊接生产率高，尤其适用于中等厚度和大厚度结构的焊接。(3)铝及铝合金的MIG焊时，一般采用直流反极性，具有良好的阴极清理作用，用亚射流过渡时，电弧具有很强的固有自调节作用。(4)几乎可焊所有金属，尤其适用于铝镁及其合金，铜及其合金，钛、镍及其合金，不锈钢等材料的焊

7、接。第16页/共49页第十六页，共50页。MIG和TIGMIG焊与TIG焊的电源 一般而言，MIG焊采用直流正极性接法，即，直流正接。当采用直流正接时，MIG焊焊丝端为阳极，电子从阴极向阳极运动，使得阳极温度更高，焊丝熔化速度更快。 而使用TIG焊时，一般采用直流反接或正弦波交流电。当使用正弦波交流电时，电极、母材正负形互相变化，这是为了防止钨极过热而造成钨极的损耗。另外，电子打向工件时，可以起到清理(qngl)工件表面氧化层的作用。这种清洗作用广泛运用于镁铝及其合金的焊接当中。第17页/共49页第十七页，共50页。MIG和TIG保护气体的选择TIG焊时，为了得到(d do)稳定的电弧和较大的

8、熔深，经常要使用一定范围内的氩、氦混合气体作为保护气体，一般混合气体的比例，氩气要控制在20 %25 %；氦气为75 %80 %，这种混合比，能保持稳定的熔深，并与弧长波动无关。并且在大多数时候，还可以使用纯氩。MIG焊时，为了改善电弧的稳定性，通常还会加入1 %的氧。第18页/共49页第十八页，共50页。MIG和TIG熔滴过渡对于所有的MIG焊来说，熔滴过渡的促进力基本上是相同的。过渡熔滴的大小随着焊接方法和工艺参数的不同而不同，有些情况下比焊丝直径(zhjng)小，有些情况下比焊丝直径(zhjng)大得多。熔滴穿过电弧进行过渡的方式受表面张力、等离子流力、重力以及具有收缩效应的电磁力等的控

9、制。熔滴上受到的这些力的合力决定了熔滴过渡的具体方式。对于TIG焊来说，如果不额外使用焊丝，就不存在熔滴过渡的问题。如果使用焊丝，则溶度过渡距离只有一半，因为焊丝处在电极与工件的中间位置。另外，由于直流反接或使用正弦波交流电，因此熔滴的受力情况也不一致。第19页/共49页第十九页，共50页。MIG和TIG适用范围MIG焊适用于铝镁及其合金(hjn)，铜及其合金(hjn)，钛、镍及其合金(hjn)，不锈钢等材料的焊接。焊接速度较快，是TIG焊的五倍以上效率，熔敷效率高，可以方便地进行各种位置的焊接。大部分为自动焊。TIG焊适用于几乎所有金属，焊缝质量高，电弧稳定，但是熔深较小，成本高，效率很低。

10、是连接薄板和打底焊的极佳焊接方法。大部分为手工焊。第20页/共49页第二十页，共50页。MIG和TIG焊缝(hn fn)质量第21页/共49页第二十一页，共50页。03不同不同(b tn)(b tn)材料的焊接材料的焊接第22页/共49页第二十二页，共50页。奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢的焊接性良好，因此非常适合使用(shyng)TIG焊。奥氏体不锈钢的热导率小，线胀系数大。为了保持低的线能量，与碳钢相比，应选用较小的电流，因为不锈钢 传热较差，容易导致过热；线胀系数大，随着线能量的增加，会导致更大的变形。因此，焊接时会引起焊缝间隙尺寸的较大变化，增大了金属的熔化速度。 一般而言，焊接速度在10

11、0150 mm/min 之间，焊接电流根据焊缝厚度在50200 A选择。平焊时比立焊时电流略大。氩气随着焊丝直径的增大而增加。第23页/共49页第二十三页，共50页。铝及铝合金 铝的化学活泼性强，极易被氧化，在室温中与空气接触时，就会在表面想成一层致密的氧化层。这种特性使铝及率和静的焊接生产工艺过程难以进行；焊接时，要采用很多的措施来清除来清除这种氧化膜，以保证焊接质量(zhling)。 铝及铝合金的焊接特点具体有以下几点： （1）极容易被氧化 （2）容易产生气孔 （3）热裂纹倾向大 （4）需用强热源焊接 （5）易烧穿和塌陷 （6）易变形 （7）合金元素容易蒸发和烧损 （8）焊接热对基体金属强

12、度的影响第24页/共49页第二十四页，共50页。铝及铝合金第25页/共49页第二十五页，共50页。镁及镁合金 TIG焊是镁及镁合金最普遍采用的焊接方法。采用TIG来焊接镁及镁合金，能提高精度地控制输入量。像铝一样，镁是一种活泼性强的活性金属，镁能在氧气中燃烧，它的表面总是覆盖着一层氧化物，采用交流焊接能渗透它。镁的其他特点是导热性强、线膨胀系数(png zhng xsh)大和熔点低（651 ）。因而，焊接时必须高精度地控制热输入量。焊接时，要采用短弧，在熔池的前沿加入焊丝，一般要采用全惰性气体保护，防止氧化。第26页/共49页第二十六页，共50页。镁及镁合金第27页/共49页第二十七页，共50

13、页。04TIGTIG焊发展焊发展(fzhn)(fzhn)分支分支第28页/共49页第二十八页，共50页。激光(jgung)辅助TIG焊 激光电弧复合焊接技术由英国伦敦帝国大学学者W.Steen于20世纪70年代末期(mq)首次提出，其特有的优越性和应用潜力受到人们的广泛关注。 它是将物理性质能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置的焊接方法，激光与电弧的复合使得两种热源充分发挥了各自的优势，又相互弥补了对方的不足，从而形成一种高效稳定的热源。 作用机理： 在这种方式中，电弧能量占据主要作用，一般采用不足以形成深熔小孔的激光辅助电弧进行焊接。2001年美国的 C.E.Al

14、bright等人首先对这种低功率激光辅助电弧焊接方法进行了研究，发现利用一个能量很低的激光束就能够引燃引导和压缩电弧。第29页/共49页第二十九页，共50页。激光(jgung)引弧机制第30页/共49页第三十页，共50页。激光(jgung)引弧机制第31页/共49页第三十一页，共50页。激光(jgung)引弧机制第32页/共49页第三十二页，共50页。激光(jgung)引弧机制第33页/共49页第三十三页，共50页。实验(shyn)简介采用两块尺寸150m150m6m的铝合金板使用相关优化参数进行TIG焊接 采用激光与TIG电弧复合后对试件进行焊接，其余焊接参数与TIG焊接参数完全相同。焊后检

15、测 焊缝表面形貌 横截面微观组织分析 力学性能测试第34页/共49页第三十四页，共50页。实验(shyn)结果激光(jgung)对焊缝形貌的影响 图3.3.两种焊接(hnji)(hnji)方法焊接(hnji)(hnji)表面形貌。第35页/共49页第三十五页，共50页。实验(shyn)结果激光(jgung)对焊缝熔深、熔宽的影响表1.TIG焊和激光辅助(fzh)TIG焊接头组织宽度第36页/共49页第三十六页，共50页。实验(shyn)结果激光对焊缝(hn fn)组织的影响图4.4.焊缝中心区微观组织(zzh)(zzh)对比第37页/共49页第三十七页，共50页。实验(shyn)结果激光对接头

16、抗应力性能(xngnng)的影响图4.4.焊缝中心区微观(wigun)(wigun)组织对比第38页/共49页第三十八页，共50页。结论(jiln)较TIG焊，激光复合TIG焊焊缝表面形貌较平整，熔深增加，熔宽减少。激光辅助TIG焊较单独TIG焊焊缝晶粒细化，接头抗拉伸性能提高。第39页/共49页第三十九页，共50页。活性剂TIG焊 活性剂TIG焊，又称A-TIG，它是通过焊前在待焊工件(gngjin)表面涂覆某种活性焊剂，以引起电弧收缩、电弧能量密度增加、电弧力增强，熔池熔液表面张力增加，最终使得焊缝熔深增加的焊接方法。 该方法最早是乌克兰巴顿焊接研究所（）在世纪年代开发出的，但直到年代末欧

17、美国家的研究机构（如美国的爱迪生焊接研究所和英国焊接研究所等）才开展广泛的研究，其中英国焊接研究所开发的焊剂已经在海军造船业中使用。目前该焊接方法已经应用于碳钢、不锈钢、镍基合金、钛合金及铝合金的焊接，其生产效率高、成本低、焊接变形小，具有广阔的应用前景。第40页/共49页第四十页，共50页。A-TIG工艺(gngy)特点 常规TIG焊主要缺点是熔深较浅（小于3 mm），焊接效率低，焊接参数对材料成分的变化比较敏感，对于厚板焊接需要开坡口以便进行多道焊，多道焊时焊接变形和热影响区变大，影响接头质量；加大焊接电流可以增加焊接熔深，但是熔宽和熔池体积亦会增加，并且增大幅度远大于熔深增幅；同时还会增

18、加钨极的损耗，造成焊缝金属的污染。在相同的焊接规范下，A-TIG焊接电弧会产生明显的收缩，熔池的流动也发生显著变化，可以使熔深增加12倍。对于8 mm厚板焊接可以不开坡口一次焊透，对于薄板可以在不改变焊接速度的情况下减小焊接热输入。 与常规TIG焊相比较，A-TIG焊不仅可以提高生产效率，降低生产成本(chngbn)，而且还可以减小焊接变形，具有非常重要的应用前景。与同等厚度的常规 TIG焊接相比，非常适合薄壁小直径管管、管板的焊接。与传统的焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊等焊接方法相比，A-TIG焊焊接质量更可靠 ，生产效率更高；与先进的激光焊、电子束焊以及等离子弧焊相比，A-TIG焊所用的活

19、性焊剂成分范围大，来源丰富，价格便宜，无需昂贵的焊接设备，使得A-TIG焊具有成本(chngbn)低、经济效益好的优点。 第41页/共49页第四十一页，共50页。机理(j l) 活性焊剂增大A-TIG焊熔深的机理 有关活性焊剂增加A-TIG焊熔深作用机理的研究，目前认为最具代表性的理论是Simonik提出的“电弧收缩理论”和“Heiple”提出的“表面张力温度梯度改变理论”。前者讨论的是活性焊剂与电弧之间的作用，认为活性焊剂的加入会金银器电弧收缩，电弧电导面积减小，电流密度增大，单位面积热输入增加，从而增大熔深。后者讨论的是活性焊剂与熔池金属之间的作用。当熔池表面没有表面活性元素时，表面张力温度梯度为负值(f zh)，表面张力随温度的升高而减小，熔池表面形成从中心流向周边的Marangoni对流，得到宽而浅的熔池；当熔池表面存在活性剂时，表面张力温度梯度由负变正，表面张力随着温度的升高而增大，熔池表面形成从周边向中心的Marangoni对流，形成浅而深的熔池。但是这两种理论均没有与活性剂本身的物理性质相结合，尚缺乏统一的认识。第42页/共49页第四十二页，共50页。电弧收缩(shu su)理论 第43页/共49页第四十三页，共50页。电弧(dinh)收缩理论 第44页/共49页第四