钨极氩弧焊的焊接课件

钨极氩弧焊杨利国目录钨极氩弧焊的认识1钨极氩弧焊的特点2钨极氩弧焊设备的认识3焊接时的注意事项4钨极氩弧焊的安全技术5一、钨极氩弧焊1、钨极氩弧焊的原理

钨极惰性气体保护焊是指在惰性气体的保护下，利用钨电极和工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（可以不用焊丝）的一种焊接方法。惰性气体有二氧化碳、氩气等。而氩气作为保护气体最好。铈钨极最常用。

问题1：为什么选用铈钨极？

目前，常用的钨极有钍钨极、纯钨极、铈钨极三种。纯钨极的熔点和沸点都很高，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；铈钨极比钍钨极更容易引弧，更小的钨极损耗，放射剂量也低的多。因此，采用铈钨极。

问题2：为什么用氩气作为惰性气体？与其他气体相比，氩气有以下优点：（1）氩气易引弧，电弧稳定；（2）氩气的密度大，已形成良好的保护罩，获得较好的保护效果；（3）氩气的原子质量大，具有很好的阴极清理效果；（4)氩气相对便宜，广泛应用于工业生产中。1-焊件2-焊枪3-遥控盒4-冷却水5-电源与控制系统6-电源开关7-流量调节器8-氩气瓶钨极氩弧焊2、钨极氩弧焊所使用的主要设备

钨极、电源、控制箱、焊枪、供气系统，水冷系统等。3、钨极氩弧焊的分类

按操作方法分为：手工焊、自动焊、半自动焊三类。手工钨极氩弧焊应用最广泛。

二、钨极氩弧焊的特点1、优点⑴氩气能有效地隔绝周围空气，不溶于金属，不和金属反应，自动清除熔池表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接易氧化、化学活泼性强的强的有色金属、不锈钢和各种合金。⑵钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流(<10A)下仍可稳定地燃烧，特别适合于薄板、超薄板材料的焊接。⑶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。⑷由于填充焊丝熔滴不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。钨极氩弧焊的特点2、缺点⑴焊缝熔深浅，熔敷速度小，产生率较低。⑵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)。⑶惰性气体(氩气、氮气)较贵，和其他电弧焊手法(如交流手工弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等)比较，生产成本较高。

目录应用范围钨极氩弧焊是一种高质量的焊接方法，因此在工业行业中均广泛的被采用。特别是一些化学性能活泼的金属，用其他电弧焊焊接非常困难，而用氩弧焊则可容易地得到高质量的焊缝。另外，在碳钢和低合金钢的压力管道焊接中，现在也越来越多地采用氩弧焊打底，以提高焊接接头的质量。三、钨极氩弧焊的主要设备1、电源

为了减小和排除因弧长变化而引起的电流波动，钨极氩弧焊应该选择具有下降外特性的电源。钨极气体保护焊使用的电流种类有：直流正接、直流反接和交流。 直流正接是工件接正极，钨极接负极。钨极因发热量小，不易过热，热电子发射能力强，电弧稳定而集中，同样大小大小直径的钨极可以采用较大的电流，工件产生大量的热，熔池深而窄，生产率高，焊件的收缩和变形都小。直流反接与之相反，因此，大多数金属宜采用直流正接法。注：铝、镁及其合金和易氧化的铜合金（铝青铜）焊接时，应该选择交流钨极氩弧焊。钨极氩弧焊的主要设备2、控制箱（1）引弧和稳弧装置短路引弧 采用钨极和焊件近似垂直的方法，去接触焊件表面，引弧后要迅速提起，进行焊接即可。由于短路接触，产生电流较大，钨极损耗较大，所以，应尽量少用。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。它一般用于焊接开始时的引弧。但是高频振荡器对人体伤害很大，不可以一直开着。

钨极氩弧焊的主要设备高压脉冲引弧 在钨极和工件之间加一高压脉冲，使两集气体介质电离而引弧。焊接时，高压脉冲既可以引弧也可以稳弧。电弧引燃后，就产生稳弧脉冲，而引弧脉冲自动消失。因此，选用高压脉冲是较好的引弧方法。

钨极氩弧焊的主要设备（2）焊接程序控制装置焊接程序装置应满足如下要求：焊前提前1.5～4s输送保护气，以驱赶内空气；焊后延迟5～15s停气，以保护尚未冷却的钨极和熔池；自动接通和切断引弧和稳弧电路；控制电源的通断；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。钨极氩弧焊的主要设备3、焊枪

焊枪的作用是装夹钨极、传导焊接电流、输出氩气流和启动或停止焊机的工作系统。焊枪分为大、中、小三种，按冷却方式又可分为气冷式和水冷式。当所用焊接电流小于100A时，可选择气冷式焊枪见下图。喷嘴的材料有陶瓷、紫铜和石英三种。

1-钨极2-陶瓷喷嘴3-枪体4-短帽5-手把6-电缆7-气体开关手轮8-通气接头9-通电接头焊接电流大于100A时，必须采用水冷式焊枪见下图：钨极氩弧焊的主要设备1-钨极

2-陶瓷喷嘴3-导流件4、8-密封圈5-枪体

6-钨极夹头7-盖帽

9-船形开关10-扎线11-手把12-插圈13-进气皮管14-出水皮管15-水冷缆管16-活动接头17水电接头钨极氩弧焊的主要设备4、供气系统和水冷系统（1）供气系统

供气系统由氩气瓶、氩气流量调节器及电磁气阀组成。氩气瓶外表涂灰色，并用绿漆标以“氩气”字样。氩气瓶最大压力为15MPa，容积为40L。电磁气阀是开闭气路的装置，由延时继电器控制，可起到提前供气和滞后停气的作用。氩气流量调节器起降压和稳压的作用及调节氩气流量。氩气流量调节器的外形如下图。

钨极氩弧焊的主要设备（2）水冷系统

用来冷却焊接电缆、焊枪和钨极。如果焊接电流小于100A可以不用水冷却。使用的焊接电流超过100A时，必须通水冷却，并以水压开关控制，保证冷却水接通并有一定压力后才能启动焊机。钨极氩弧焊问题3钨极氩弧焊的操作要点：

送气引弧运条熄弧（1）引弧通常手工钨极氩弧焊机本身具有引弧装置（高压脉冲发生器或高频振荡器），钨极与焊件并不接触保持一定距离，就能在施焊点上直接引燃电弧。（2）如下图所示夹持焊丝，用左手拇指、食指、中指配合动作送丝，无名指和小手指夹住焊丝控制方向，靠手臂和手腕的上、下反复动作，将焊丝端部的熔滴送入熔池，全位置焊时多用此法。通常使用“起弧”的方法是引起电子发射和气体离子化开始的方式；可经由能化的电极棒接触工作物且快速抽回到其所需的电弧长度，或使用导弧，或使用在电极棒和工作物之间产生高频火花的辅助装置引弧，而得到此放射和离子的能量；电极棒从工作物上做机械式的抽回方式只能用于直流电焊机的机械化的焊接，然而，导弧起动方式，可用于手操作和机械化焊接，但是也只限于直流电焊机，高频火花起弧方式可应用于交流或直流电焊机的手操作焊接，许多电焊机都有产生高频火花的装置作起弧和稳定电弧。电极棒和熔填金属位置

在手操作钨极氩弧焊中的电极棒和熔填金属位置表示于图1中，一旦引弧既保持焊枪使电极棒位于离工作物表面约75º角度处，且指向焊接的方向，开始焊接时，电弧通常以打圆圈的方式移动直到足够的目材金属熔化以生产适宜大小的熔池（见图1a）。当达到适当的熔合时，将焊枪沿着焊接物接头的相邻边缘逐渐的移动。如此渐渐的熔接工作物，当熔填金属是以手操作添加时经常是保持在距工作物表面约15º的角度，且缓慢的进入熔池中（见图1c），必须小心的送入熔填金属以避免扰乱气体保护或接触电极棒，且因熔填条端部氧化或电极棒的污染。熔填金属条可持续的加入或反复的“侵入”与“抽出”。熔填金属能以保持熔填条与焊道成线状排列的方式持续加入（时常使用以V形接头的多焊道接中）或者以熔填条和焊枪左右摆动的方式将熔填条送入熔池（时常使用以表面加层的一种方式）。停止焊接时，将熔填金属从熔池中抽回，但暂时的保持在气体保护下。以防止熔填金属氧化，然后在熄弧之前移动焊枪至熔池的前方边缘，将焊枪提升到刚好足以熄弧但又不足以引起熔坑和电极棒污染的高度而断弧，最佳的操作是以脚踏控制方式逐渐的减少电流而不需提升焊枪。电弧长度在许多的全自动钨极氩弧焊接应用中,使用的电弧长度约等于3/2倍的电极棒直径,但可依特定的应用而变化，也可依焊工所喜用的选择而定，然而，电弧长度越长，扩散到周围大气中的热量越高，而且，长的电弧通常会妨碍（至某一程度）焊接的稳定进行，有一例外是在管路中之“插承接头”，以官轴在垂直位置的焊接中，长的电弧可比短的电弧产生较平滑外形的填角焊接。（3）熄弧一般氩弧焊机都配有电流自动衰减装置，收弧时，通过焊枪手柄上的按钮断续送电来填满弧坑。若无电流衰减装置时，可采用手工操作收弧，其要领是逐渐减少焊件热量，如改变焊枪角度、稍拉长电弧、断续送电等。收弧时，填满弧坑后，慢慢提起电弧直至熄弧，不要突然拉断电弧。熄弧后，氩气会自动延时几秒钟停气，以防止金属在高温下产生氧化。注：（1）焊接时，对材料的便面质量要求很高，焊接前必须经过严格的清理，清除填充焊丝及工件坡口和坡口两侧至少20mm范围内的油污、水分、灰尘、氧化膜等。否则会影响焊接过程电弧的稳定性。 （2）焊接结束后，为了工件表面美观、整齐，要求对工件表面处理。处理工件表面的残渣时，要面朝没有人的方向用锤子轻轻的清理。

四、钨极氩弧焊的焊接钨极氩弧焊焊接时的注意事项：（1）钨极直径与焊接电流

钨极直径应根据焊接电流大小而定，焊接电流通常根据焊件的材质、厚度来选择。钨极氩弧焊的焊接（2）焊接速度

焊接速度通常是由焊工根据熔池的大小、形状和焊件熔合情况随时调节。过快的焊接速度会使气体保护氛围破坏，焊缝容易产生未焊透和气孔；焊接速度太慢时，焊缝容易烧穿和咬边。（3）氩气流量与喷嘴直径

喷嘴直径的大小，直接影响保护区的范围，一般根据钨极直径来选择。按生产经验：2倍的钨极直径再加上4mm即为选择的喷嘴直径。

流量合适时，熔池平稳，表面明亮无渣，无氧化痕迹，焊缝成形美观；流量不合适，熔池表面有渣，焊缝表面发黑或有氧化皮。氩气的合适流量为0.8～1.2倍的喷嘴直径。钨极氩弧焊的焊接（4）喷嘴与焊件间的距离

喷嘴与焊件间的距离以8～14mm为宜。距离过大，气体保护效果差；若距离过小，虽对气体保护有利，但能观察的范围和保护区域变小。（5）钨极伸出长度

为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部应突出喷嘴以外，其伸出长度一般为3～4mm。伸出长度过小，焊工不便于观察熔化状况，对操作不利；伸出长度过大，气体保护效果会受到一定的影响。五、钨极氩弧焊的安全技术1、钨极氩弧焊焊接时的危害(1)放射性。(2)高频电磁场。高频引弧时产生的高频电磁场强度在60110v/m，超过了参考卫生标准（20v/m)数倍。但时间短，对人体影响不大。(3)有害气体。臭氧、氮氧化物、金属蒸气等。(4)物理爆炸。氩气瓶。防止氩气瓶暴晒、跌撞、要留有余压等。(5)火灾、灼伤。(6)触电。要保证焊机接地良好。钨极氩弧焊的安全技术2、安全防护措施通风措施在氩弧焊工作现场、焊接工作量大，焊机集中的地方，要有良好的通风装置或者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。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。钨极氩弧焊的安全技术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：工件良好接地，焊枪电缆和地线要用金属编织线屏蔽；适当降低频率；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。其它个人防护措施氩弧焊时，由于臭氧和紫外线作用强烈，宜穿戴非棉布工作服(如耐酸呢、柞丝绸等)。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。加焊丝焊接：适用在有较小缝隙处焊接直接焊接：适用在适用在无缝隙处焊接焊接方式图示焊穿孔、焊点过大、焊接板不平行点焊合格品点焊标准连续焊：焊流平直圆滑合格品不合格品假焊：焊接处未焊牢不合格品焊流歪斜、表面有叠痕影响焊接强度焊接方式（一连续焊标准手工钨极氩弧焊工艺参数

手工钨极氩弧焊的工艺参数有：焊接电源种类和极性、钨极直径、焊接电流、电弧电压、氩气流量、焊接速度、喷嘴直径及喷嘴至焊件的距离和钨极伸出长度等。必须正确的选择并合理的配合，才能得到满意的焊接质量。接头及坡口形式

钨极氩弧焊多用于厚度5ｍｍ以下的薄板焊接，接头形式有对接、搭接、角接和T形接。对于1ｍｍ以下的薄板，亦可采用卷边接头。当板厚大于4ｍｍ时，应开V形坡口（管子对接2－3ｍｍ就需开V形坡口）。厚壁管的对接接头亦可开U形坡口。焊前清理钨极氩弧焊时，焊前清理对于保证接头的质量具有十分重要的意义。因为在惰性气体的保护下，熔化金属基本上不发生冶金反应，不能通过脱氧的方法清除氧化物和污染。因此，焊件坡口表面、接头两侧以及填充焊丝表面应在焊前采用有机溶剂（汽油、丙酮、三氯乙烯、四氯化碳等）擦洗，去除油污、水分、灰尘及氧化膜等。对于表面氧化膜与基层结合力较强的材料，如不锈钢和铝合金应采用机械方法清除氧化膜。通常采用不锈钢丝刷或铜丝刷、细砂轮或砂带打磨。焊接电源种类和极性电源种类和极性可根据焊件材质进行选择，见下表。电源种类和极性的选择电源种类和极性

被焊金属材料直流正接

低碳钢、低合金钢、不锈钢、铜、钛及其合金直流反接

适用于各种金属的熔化极氩弧焊，钨极氩弧焊很少采用交流

铝、镁及其合金采用直流正接时，工件接正极，温度较高，适于焊厚件件及散热快的金属，钨棒接负极，温度低，可提高许用电流，同时钨极烧损小。直流反接时，钨极接正极烧损大，所以很少采用。采用交流钨极氩弧焊时，在焊件为负，钨极为正极性的半波里，阴极有去除氧化膜的作用，即“阴极破碎”作用。在焊接铝、镁及其合金时，其表面有一层致密的高熔点氧化膜，若不能除去，将会造成未熔合、夹渣焊缝表面形成皱皮及内部气孔等缺陷。而利用反极性的半波里正离子向熔池表面高速运动，可将金属表面氧化膜撞碎，在正极性的半波里，钨极可以得到冷却，以减少钨极的烧损。所以，通常用交流钨极氩弧焊来焊接氧化性强的铝、镁及其合金。钨极直径钨极直径主要按焊件厚度、焊接电流的大小和电源极性来选择。如果钨极直径选择不当，将造成电弧不稳，钨棒烧损严重和焊缝夹钨等现象。(钨极成分：钨极作为一个电极，它要负担传导电流，引燃电弧和维持电弧的作用。钨是难熔（熔点3410±10℃）、耐高温（沸点5900℃），导电性能好，允许通过较大电流和具有强的发射电子电子能力的金属，所以，钨棒适于做电极。为了在较低空载电压下引弧和减少大电流时钨极烧损量，在实际生产中使用的钨极是加入1%－2%的氧化钍（TｈO2）的钍钨棒，或加入2%氧化铈（CｅO）的铈钨棒。一般我们应尽量选用铈钨，因为其放射性更小。)焊接电流焊接电流主要根据工件的厚度和空间位置来选择，过大或过小的焊接电流都会使焊缝成型不良或产生焊接缺陷。所以，必须在不同钨极直径充许的焊接电流范围内，正确地选择焊接电流，见下表。不同直径钨极(加氧化物)的许用电流范围钨极直径（ｍｍ）

直流正接（A）

直流反接（A）

交流（A）0.5

2－20

－

2－151.0

10－75

－

15－701.6

60－150

10－20

60－1252.0

100－200

15－25

85－1602.5

170－250

17－30

120－2103.2

225－330

20－35

150－2504.0

350－480

35－50

240－3505.0

500－675

50－70

330－460电弧电压电弧电压由弧长决定，电压增大时，熔宽稍增大，熔深减小。通过焊接电流和电弧电压的配合，可以控制焊缝形状。当电弧电压过高时，易产生未焊透并使氩气保护效果变差。因此，应在电弧不短路的情况下，尽量减小电弧长度。钨极氩弧焊的电弧电压选用范围一般是10－24伏。氩气流量为了可靠地保护焊接区不受空气的污染。必须有足够流量的保护气体。氩气流量越大，保护层抵抗流动空气影响的能力越强。但流量过大时，不仅浪费氩气，还可能使保护气流形成紊流，将空气卷入保护区，反而降低保护效果。所以氩气流量要选择恰当，一般气体流量可按下列经验公式确定：Q=(0.8―1.2)D式中：Q――氩气流量，L/ｍｍD――喷嘴直径，ｍｍ。焊接速度焊接速度加快时，氩气流量要相应加大。焊接速度过快，由于空气阻力对保护气流的影响，会使保护层可能偏离钨极和熔池，从而使保护效果变差。同时，焊接速度还显著地影响焊缝成型。因此，应选择合适的焊接速度。和焊条电弧焊一样，焊接速度不是手工钨极氩弧焊的主要工艺参数，在有些工艺条件中也不列出，因为在一般情况下不会影响气体保护效果。但在自动钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊时，焊接速度过大，会影响气体保护效果。喷嘴直径增大喷嘴直径的同时，应增大气体流量，此时保护区大，保护效果好。但喷嘴过大时，不仅使氩气的消耗量增加，而且可能使焊炬伸不进去，或妨碍焊工视线，不便于观察操作。故一般钨极氩弧焊喷嘴以5－14ｍｍ为佳。另外，喷嘴直径也可按经验公式选择：D＝（2.5―3.5）ｄ式中：D――喷嘴直径（一般指内径），ｍｍ；ｄ――钨极直径，ｍｍ。喷嘴至焊件的距离这里指的是喷嘴端面和焊件间的距离，这个距离越小，保护效果越好。所以，喷嘴距焊件间的距离应尽量小些，但过小使操作、观察不便。因此，通常取喷嘴至焊件间的距离为5－15ｍｍ。钨极伸出长度为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部突出喷嘴之外。而钨极端头至喷嘴面的距离叫钨极伸出长度。钨极伸出长度越小，喷嘴与焊件之间距离越近，保护效果就好，但过近会妨碍观察熔池。通常焊接对接焊缝时，钨极伸出长度为3－6ｍｍ较好，焊角焊缝时，钨极伸出长度为7－8ｍｍ较好。碳钢、不锈钢的手工钨极氩弧焊焊接工艺参数的选择见下表。推荐的碳钢焊接工艺参数材料厚度ｍｍ

1.5－3.0

>3.0－6.0

>6.0－12接头设计

直边对接

V形坡口

X形坡口电流A

50－100

70－120

90－150极性

直流正接电弧电压V

12电极种类

铈（钍）钨极电极尺寸ｍｍ

2.4

3.2填充金属种类

按技术要求填充金属尺寸ｍｍ

1.6－2.5

2.5－3.2保护气体

氩气体流量ｄｍ3/ｍｉｎ

8－12

10－14背面气体流量ｄｍ3/ｍｉｎ

2－4喷嘴尺寸ｍｍ

8－10

10－12喷嘴至工件距离ｍｍ

<12预热温度（最低）℃

15层间温度℃

250推荐的不锈钢焊接工艺参数材料厚度ｍｍ

1.6－3.0

>3.0－6.0

>6.0－12接头设计

直边对接

V形坡口

X形坡口电流