Transcript 第六章钨极惰性气体保护焊

第六章
钨极惰性气体保护焊（TIG）
第一节
TIG焊的特点及应用
一、TIG焊的原理（如图）
钨极惰性气体保护电弧焊（tungsten inert-gas arc welding）使
用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨等）作为电极的惰性气体保
护电弧焊，简称TIG焊, GB/T5185-1985的标注代号是141。
焊接过程动画
二、 TIG焊的特点
优点
（1）可焊金属多；
电弧稳定
（2）适应能力强：
无飞溅
热输入易调节
缺点：
（1） 焊接效率低；
全位置，易于自动化
（2）成本高：
对焊前清理要求严格；
需要特殊的引弧措施；
紫外线强烈、臭氧浓度高；
抗风能力差。
三、 TIG焊的应用
材料：多用于有色金属及其合金、焊接性差的材料——不锈钢、高合金钢
厚度：多用于薄件（从生产效率考虑，以3mm以下为宜）
位置：多用于打底（单面焊双面成形），薄件及管-管、管-板也用于填充和盖面
第二节
TIG焊的电流种类和极性
•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
极
性
优
点
缺
点
应
用
正接
(DCEN)
电极载流能
力强、熔深
大、钨极烧
损少、引弧
容易
没有阴极清
理作用
用于大多数
的焊接场合
（除Al、Mg
外）
反接
(DCEP)
有阴极清理
作用
电极载流能
力弱、熔深
小、钨极烧
损严重、引
弧困难
实际很少 采
用
正接与反接
焊接效果图
二、交流TIG焊
应用：用于焊接铝、镁、铝青铜等合金
（表面易氧化、氧化膜致密）。
正半周电极烧损降低，负半周获得阴极清
理作用／熔深和钨极的电流承载能力介于
DCEN与DCEP之间（左图）。
DCEN
交流的电流形式
i
i
i
t
t
⑴正弦波交流
AC
⑵变脉宽方波交流
t
⑶变极性方波交流
正弦波交流：设备简单，但电弧稳定性差（要有特别稳弧措施）、有直流分量（要有
特别措施消除）。
变脉宽方波交流：设备复杂，但电流参数灵活、电弧稳定、钨极烧损少，比正弦波
交流有优势。
变极性方波交流：特点与变脉宽方波交流相同，但更好（因负半周电流大小对阴极
清理作用影响更大）
交流TIG焊由于电弧每秒100次过零点，加上电极（钨）与焊件（钢、
铝等）的物理性质、体积差别巨大，导致正、负半波电流波形严重不
对称（正半波大、负半波小），带来以下问题需要解决：
1、过零点复燃（稳弧）
解决办法：用高压脉冲（≥1500V）稳弧
i
2、回路直流分量的消除
解决办法：在回路中串接电容器（隔直传交）
t
第三节
TIG焊设备
一、分类及组成
组成：
电源 控制系统 引／稳弧装置 焊枪 供气系统 （水冷系统）
(自动焊设备还应包括焊接小车和送丝装置)
•编号方法
如WSJ-400、WSM-400、WSE-400等（各项字母的
意义参见GB/T10249-1988《电焊机型号编制方法》）
（一）焊接电源
直流电源、交流电源、交直流
电源均采用陡降或垂直下降外特
性。陡降外特性的电源与普通电
弧焊的并无多大差别，原则上可
以通用。
（二）焊枪及电极
要求：夹持可靠；
保护气；
水冷焊枪QS（大电流焊接用I＞ 100A冷却；
）
如：
可达性好；
使用性好
QS-75/400
1、焊枪（编号规则见P140）
气冷焊枪QQ（小电流焊接用I≤ 100A）
如：
QQ-85/100-C
结构组成如右图，外观如下图。
喷嘴内径DN 、长度L0 和钨极直径dw
之间的关系大致为（单位mm）：
DN=2d+E
E=2~5mm
L0=(1.4 ~ 1.6) DN+(7 ~ 9)
喷嘴有陶瓷、纯铜、石英喷嘴。陶瓷
喷嘴焊接电流不能超过350A，纯铜喷
嘴使用电流可达500A。常用的以陶瓷
喷嘴比较多见。
各种形状的喷嘴见右图。
喷嘴孔径与钨极尺寸之间的相
应数值关系大致为：
喷嘴孔径/mm
钨极直径/mm
6.4
0.5
8
1.0
9.5
11.1
1.6或2.4
3.2
2、电极
纯钨----应用最早，适用交流焊接，综合性能欠佳
钍钨----传统电极，综合性能较好，国外多用，有放射性。
铈钨----在低电流下有优良的起弧性能，维弧电流较小，常用于管道、不锈钢
制品和细小精致部件的焊接。放射性剂量极低，在直流小电流时，是钍钨
电极的首选替代品。
镧钨----焊接性能优良，耐用电流高而烧损率低；导电性能接近于2％
钍钨（无论交直流，对习惯了钍钨的焊工，无需改变任何焊接操作程序
就能方便地使用这种钨极，以免受放射性危害）。
锆钨----在交流条件下，焊接性能良好，尤其在高负载电流时，电极端
部能保持圆球状而减少渗钨现象，并有良好的抗腐蚀性。（抗氧化性强，
可用于空气等离子弧切割）
钇钨----焊接时弧束细长，压缩程度大，在中、大电流时其熔深最大。
目前主要用于军事工业和航空航天工业。
复合电极----在钨基中添加两种（以上）稀土氧化物，全面提高电极的
综合性能。（目前未见定型产品，已列入国家新产品开发计划，应密切
关注）。
注意：不同的电极在端部有不同的颜色标记，可据此判断电极的种类
补充：1、钨极的端部形状
为适应不同场合的焊接要求，钨极端部要磨成不同的形状，常见
的有（如图）：（1）尖锥状 适用于直流（正接），交流亦可
锐角（通常为30°左右）尖锥状----适用于小直径钨极、小电流焊接的
场合
钝角尖锥状（通常> 90°） ----适用于大直径钨极、大电流焊接的场合
不同的锥角时电弧的形态和焊缝熔深见上图。
尖锥状的电极为防止尖端烧损，可把尖端磨成一个小平台。
（2）(半)球状 适用于交流焊接
★打磨钨极应注意使端部形状均匀一致、磨痕方向正确。
2、打磨钨极的安全措施
磨削钨极应采用密封式或抽风式砂轮机（有专用的钨极磨尖
机），焊工应带口罩，磨削完毕，应用肥皂洗净手脸，最好下班
后淋浴。钍钨极和铈钨极应放在铝盒内保存。
★修磨钨极的方法可参见:www.diamondground.com
国外的钨极磨尖机
威特仕（深圳）焊接有限公司
代理的钨极磨尖机
（三）控制系统
控制的功能越来越复杂，不同品
牌的设备其功能不尽相同，但有些功
能是最基本的，如程序控制、引弧、
提前送气/滞后断气、电流衰减等。
控制系统 正向数字化方向发展。
（四）典型TIG焊设备（略）
第四节
TIG焊工艺
二1
二3
二2
四
焊接性分析
钢材：
铝：铝的物理性质
1 、表面易氧化、氧化膜致密；熔点高（2000℃）
密度比铝大；
2 、导热性好，约为低碳钢的5倍；
3、线膨胀系数比低碳钢大；
4、固、液颜色相似；
一、焊前准备及坡口形式、预热温度
1、清理的办法：
（1）化学清理：小件、批量生产
有机溶剂或专用清洗液清洗
（2）机械清理：大件、清洗要求不高
24h内
2、坡口形式及尺寸
（可参考JB/T9185-1999 的相关内容和GB/T9851988《气焊、焊条电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的
基本形式与尺寸》来选定）
3、预热温度
根据材料、
环境温度等
Al：板厚5~8
（150~250℃）
回
二、焊接工艺参数选择及影响
（一）喷嘴工件距离and钨极外伸及电弧长度
1、喷嘴与工件距离
工件距离：8~14mm，一般10mm
2、钨极外伸及电弧长度
⑴钨极外伸
根据坡口形式和焊接规范
T:6~9mm
对接不/开坡口：3mm/>4mm
Cu、Al：2mm等，
一般：L=(1.5~2) dw
⑵电弧长度：3~5mm；
不加焊丝：1.5mm
回
（二）电流种类和极性、焊丝牌号规格及钨极
1、电流种类和极性：
根据材料、板厚
2、焊丝牌号和直径（金属焊接材料手册）
F =d/2±1 mm 原则：薄加后减，不大于 工件厚度。
一般：根部打底 F=2~2.5
填充F=3~4
3、钨极规格及端部形状
根据母材——钨极种类——定直径、端部形状
dw≥F 一般：薄、低熔点 <
中厚 =
厚 >
电流/A
钨极直
径/mm
尖端直
径/mm
尖端角
度（o）
恒定电流
脉冲电流
1.0
0.125
12
2~15
2~25
1.0
0.25
20
5~30
5~60
1.6
0.5
25
8~50
8~100
1.6
0.8
30
10~70
10~140
2.4
0.8
35
12~90
12~180
2.4
1.1
45
15~150
15~250
3.2
1.1
60
20~200
20~300
3.2
1.5
90
25~250
25~350
5、喷嘴内径DN、长度L0和钨极直径dw之间的
关系大致为（单位mm）：
DN=2d+E
E=2~5mm
回
L0=(1.4 ~ 1.6) DN+(7 ~ 9)
（三）气体流量和焊接电流
1、气体流量取决于：保护气种类；喷嘴直径
Q=（0.8~1.2）DN——手工焊接
DN>12mm,系数取1.2
另外：背面气流为正面的一半
2、焊接电流
（1）一般I=钨极直径的30~55倍
（2）当钨极直径<3mm时，减去5~10A；
>4mm时，加上10~15A。
（3）纯钨极要下降10%。
交
流
直 流 正 极 性
喷嘴孔径/mm
流量/L.min-1
喷嘴孔径/mm
流量/ L.min-1
10~100
4~9.5
4~5
8~9.5
6~8
101~150
4~9.5
4~7
9.5~11
7~10
151~200
6~13
6~8
11~13
7~10
201~300
8~13
8~9
13~16
8~15
201~500
13~16
9~12
16~19
8~15
焊接
电流（A）
（四）焊接速度
5~50cm/min
回
三、操作技术
1、引弧
引弧方法
2、焊接过程
（1）左向焊法
（2）焊丝握法
（3）填丝方法
注意气体保护措施：
（1）加挡板
（2）扩大正面保护
（3）反面保护
3、收弧
★安全技术
•氩弧焊的有害因素
放射性:钍钨极中的钍有放射性，剂量很小。
微粒进入人体成为内放射源，则会严重影响身体
健康。
高频电磁场：由于时间很短，对人体影响不
大。
有害气体：臭氧和氮氧化物。
紫外线辐射：强度远大于一般焊条电弧焊，
在焊接过程中会产生大量的臭氧和氧化物。
╋安全防护措施
①通风措施
②尽可能采用铈钨极
③钍钨极的铈钨极加工时，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（用肥皂）洗净手脸最好下
班后淋浴。
钍钨极和铈钨极应放在铝盒内保存。
④屏蔽高频电磁场
⑤其他个人防护措施：如穿戴非棉布工作服（
如耐酸呢、柞绸等）。
第五节
TIG焊的其它方法
一、脉冲TIG焊(argon tungsten pulsed arc welding)
使用脉冲电流（通常多用方波），分直流脉冲TIG焊和交流脉冲TIG焊。
i
i
t
直流脉冲电流波形
t
交流脉冲电流波形
（一）脉冲钨极氩弧焊的特点
1、脉冲式加热，高温停留时间短、金属冷凝快，易于焊接热敏感材料；
2、热输入小、电弧能量集中、HAZ小，利于薄板焊接；
3、可精确控制热输入及熔池尺寸，适于单面焊双面成形和全位置焊；
4、高频电弧震荡利于细化晶粒、消除气孔，提高接头性能；
5、适合高速焊、提高生产率。
☆应用：一般用于打底或薄件的焊接
焊接过程
（二）直流脉冲参数及选择
参数：直流脉冲TIG焊的参数与普通直流TIG焊的基本相同，只是电流变为
脉冲电流（有四个基本参数，可分别独立调节）。
i
峰值电流Im
基值电流Ij
基值时间tj
峰值时间tm
t
几个概念：周期T= tm + tj 频率=1/T 占空比= tm /T 幅比= Im / Ij
脉冲氩弧焊参数，参数选择原则及步骤如下：
对于一定板厚，有一个合适的通电量（Im tm）,而最佳值Im取决于材料的种类，
可以近似认为与工件厚度无关（如钢类约为150A）。所以一般步骤通常是先根据材
料种类选择Im，然后以板厚决定tm。当焊薄板时，Im值应选得稍低，同时适当延长
tm；焊接厚板时，Im应选得稍高，并适当缩短tm。
Ij一般为Im的10% ~ 20%，tj为tm的1~ 3倍，即tj =(1~3) tm、 Ij = （10~20）% Im。
。
幅比、占空比的值较大时，脉冲特点较显著有利于克服热裂纹，但过大会增加咬
边倾向。
脉冲电流频率超过5KHZ电弧具有强烈的电磁收缩效果，对焊接有利。
焊接速度和脉冲频率要相互匹配（尤自动焊），使焊点之间有一定的相互重
叠量，常用频率可参照下表，一般低于10HZ。
焊 接
方 法
手工
TIG焊
频率f
1~2
下列焊接速度（cm/min）的自动脉冲钨极氩弧焊
20
28
37
38
≥3
≥4
≥5
≥6
脉冲TIG焊参数实例（下二表，上：直流正接；下：交流）
材料
板厚 Im（A） Ij （A）
Tm（S）
tj （S） 频率（Hz）
焊接速度（cm/min）
不锈钢
0.3
20~22
5~8
0.06 ~ 0.08
0.06
8
50 ~ 60
不锈钢
0.8
85
10
0.12
0.08
5
80 ~ 100
Im（A） Ij （A）
材料
板厚
mm
焊丝直径
mm
5A03
1.5
2.5
80
5A03
2.5
2.5
95
脉宽比%
频率Hz
电弧电压v
气体流量
L/min
45
33
1.7
14
5
50
33
2
15
5
脉冲TIG焊工艺参数的确定还可
以参考以下的数据。
TIG
各
种
材
料
脉
冲
焊
时
脉
冲
电
流
参
数
的
选
择
脉冲电流和基值电流的组合
对焊缝成形的影响
I p—脉冲电流 I b—基值电流
不同板厚的焊缝咬边与脉冲幅比
及脉冲宽比的关系
脉冲幅比与脉冲频率的合理关系
（母材1Cr18Ni9Ti）
二、热丝TIG焊(hot wire TIG welding)
焊丝在送入熔池之前经过加热的
TIG焊。
可在提高熔敷效率的同时降低对
焊缝的热输入。
多用于窄间隙焊和TIG堆焊（多
为自动焊）。
熔敷速度可比通常所用的冷丝提高2倍。
用交流电源加热填充焊丝，以减少磁偏吹。焊丝最大直径限为1.2mm。
焊丝过粗，对防止磁偏吹不利。
已成功用于碳钢、低合金钢、不锈钢、镍和钛等的焊接。
管-管与管-板焊接
管-管焊接如上图右。
管管管板的全位置自动焊接已发展成为TIG焊的一项专门技术，在管道、容器
的焊接上获得了广泛的应用。按不同的位置分区改变电流或焊接速度的程序控制，
有专门的焊机。
★安全技术
•氩弧焊的有害因素
放射性:钍钨极中的钍有放射性，剂量很小。
微粒进入人体成为内放射源，则会严重影响身体
健康。
高频电磁场：由于时间很短，对人体影响不
大。
有害气体：臭氧和氮氧化物。
紫外线辐射：强度远大于一般焊条电弧焊，
在焊接过程中会产生大量的臭氧和氧化物。
╋安全防护措施
①通风措施
②尽可能采用铈钨极
③钍钨极的铈钨极加工时，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（用肥皂）洗净手脸最好下
班后淋浴。
钍钨极和铈钨极应放在铝盒内保存。
④屏蔽高频电磁场
⑤其他个人防护措施：如穿戴非棉布工作服（
如耐酸呢、柞绸等）。