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1、 熔化焊接的主要特征 焊接部位必须采取有效的隔离空气保护 使焊接部位不能和空气接触 以免造成焊道的成分和性能不良 保护方式有三种 气相 渣相 真空 钨极氩弧焊 TIG 概述 钨极氩弧焊 TIG 定义 它是利用钨棒作为电极 以氩气 氦气等惰性气体为保护气体的一种焊接方法 钨极氩弧焊构成示意图如下 利用钨极与工件之间产生的电弧作为热源 电弧和熔化金属都处于惰性气体的保护之中 使其不受周围空气的有害作用 钨极氩弧焊 TIG 概述 它适合于焊接铝及其合金 不锈钢 高温合金 钛合金及难熔的活泼金属 如钼 铌 锆等 用难熔金属作为电极 以氩气等惰性气体保护 焊接过程中电极不熔化 因此焊接过程稳定 焊缝成形
2、好 容易得到高质量的焊缝 焊接过程可以用手工进行 也可以实现自动化 当工件厚度小于3mm时 可经不开坡口和填或不填加焊丝进行焊接 这种方法容易控制焊缝成形 因此 它多用来焊接薄件或厚件的打底焊 容易保证单面焊背面成形 但钨极氩弧焊电极使用电流有限 焊缝熔深浅 焊接速度低 一般情况下适合于焊接厚度小于6mm工件 钨极氩弧焊 TIG 的工艺特点 1 氩气具有极好的保护作用 本身既不与金属起化学作用 也不溶解于金属中 使得焊接过程的熔池冶金反应显得简单和容易控制 因此为获得高质量的焊缝提供了良好的条件 对于一般易氧化 氮化的活泼金属 高熔点的黑色金属以及异种金属都能进行焊接 应用面极广 2 氩气在焊
3、接过程中仅仅只是单纯保护隔离作用 因此对焊件表面状态要求较高 工件焊前都要进行表面清理 把工件表面的油泥 锈班 灰尘等杂质清除掉 3 电弧在氩气中燃烧非常稳定 在小电流焊接情况下 10A 仍然稳定燃烧 而且填充焊丝是通过电弧间接加热 因而热输入容易调节 所以这种焊接方法适用于薄板及全位置焊接 也是实现单面焊双面成形的理想方法 钨极氩弧焊 TIG 的工艺特点 续 4 由于填充焊丝不通过电流 所以不存在熔滴过渡问题焊接过程中没有飞溅现象产生 焊缝成形非常美观 5 钨棒承载电流能力较差 过大的电流会引起钨棒的熔化和蒸发 其微粒有可能进入熔池面引起夹钨 所以这种焊接方法焊接电流的大小会受到钨棒的限制
4、故熔敷速度较小 生产率较低 6 氩弧焊采用氩气纯度较高 通常都要求达到99 99 以上 且氩弧焊机又较复杂 因此氩弧焊生产成本较高 基于以上特点 氩弧焊可以焊接所有的金属 在航空 原子能 石油化工 电站锅炉 机械等领域被广泛应用 TIG焊接工艺参数选择 影响TIG焊焊接质量的工艺参数很多 包括焊接电流的种类 极性和大小 焊接电压 焊接速度 保护气体的流量 焊接方向 钨极直径与端部形状 钨极伸出长度 喷嘴的直径 形状 喷嘴与工件间距离等 一 焊接电流 1 焊接电流种类和极性 通常根据母材的材质按下表选择焊接电流的种类和极性 直流反接时 工件接负极 弧柱氩气电离后形成的大量正离子在电场力的作用下
5、高速正离子流将猛烈地冲击熔池和它周围的工件表面 使难熔的金属氧化物破碎并将它们除去 这种现象叫阴极清理作用 由于阴极清理作用 在焊接过程能除掉金属表面难熔的氧化膜 可以使焊接铝 镁等活泼金属变得很容易 然而 直流反接时 阴极斑点在熔池表面活动范围较大 散热又快 发射电子能力较弱 故电弧稳定性较差 同时 因钨极接正极 它的发热量大 烧损严重 许用电流太小 因此 在一般情况下TIG焊时 不采用直流反极性接法 只在熔化极氩弧焊时才采用直流反接 一 焊接电流 续 直流正接时 工件接正极 钨极接负极 这时在钨极上的阴极斑点比较稳定 发射电子的能力强 电弧稳定 钨极的许用电流大 烧损小 而且工件上的温度较
6、高 故适于用来焊接熔点较高或导热性较好的金属 如不锈钢 铜和铜合金等 交流TIG焊兼有上述两种接法的优点 钨极的许用电流较大 弥补了直流反接的不足 而且在工件为负极的半周内有阴极清理作用 故适于焊接铝 镁和它们的合金 一 焊接电流 续 2 焊接电流的大小 焊接电流的选择应保证单位时间内给焊缝适宜的热量 焊接电流的大小主要影响熔深 对焊缝的宽度和余高影响不大 通常根据焊接条件 板厚 材质 接头形式 焊接速度等参数 选定合适的焊接电流 焊接热量三要素 热量 I2Rt I2 焊接电流的平方R 电弧的等效电阻t 对被焊部位施加热量的时间注意 焊接电流的选择不允许超过焊机的额定电流 二 焊接电压 电弧电
7、压 焊接电压主要影响焊缝的宽度 对熔深影响不大 电弧电压增高时 焊缝宽度增加 熔深稍减小 手工TIG焊时 焊接电压主要由弧长决定 电弧越长 焊接电压越高 观察熔池越清楚 加丝也比较容易 不易碰上钨极 但弧长太长时 容易产生末焊透及咬边 而且保护效果差 容易出气孔 但电弧也不能太短 屯弧太短 很难看清熔池 加丝时焊丝容易碰到钨极 引起短路或污染钨极 产生夹钨缺陷和加大钨极烧损 合适的弧长应近似等于钨极直径 焊接电流与焊接电压的关系如下 GB标准 U 10 0 04I式中 U为焊接电压 V I为焊接电流 A 电流大于600A时 电压保护34V恒定 三 电弧长度 电弧长度 钨极与工件间距离 焊接过程
8、中保持稳定的电弧长度是评定焊接熟练程度的一项重要内容 电弧长度发生变化将直影响到焊缝形状 熔深等 对焊接质量产生极大的影响 电弧长度增加 焊道宽度增加 熔深减小 保护效果变差 电弧长度减少 不宜观察熔池 填充焊丝易与钨极短路 L 1 1 5 倍板厚最大小于6 钨极伸出长度 对焊时 5 6 角焊时 7 8 过长时钨极易氧化 四 焊接速度 在焊接电流一定的情况下 焊接速度的选择保证单位时间内给焊缝适宜的热量 焊接热量三要素 热量 I2RtI2 焊接电流的平方R 电弧的等效电阻t 对被焊部位施加热量的时间焊接速度增加时 焊道窄 熔深浅 太快 易产和生未焊透 焊接速度慢时 焊道宽 熔深深 太慢 产生焊
9、漏 烧穿 选择焊接速度应考虑以下因素 1 焊接铝及铝合金等高导热金属时 为了减少变形 应采用较快的焊接速度 2 焊接有裂纹倾向的合金时 不能采用高速焊接 3 非平焊位置焊接时 为保证较小的熔池 避免铁水下流 尽量选择较快的焊速 四 焊接速度 续 4 焊接速度太快时 会降低保护效果 特别是在自动TIG焊时 由于焊速太高 可能使熔池裸露在空气中 见下图 五 钨极直径与端部形状 1 钨极直径 手工TIG焊用钨极直径 是一个比较重要的参数 因为它的大小决定了TIG焊炬的结构尺寸 重量和冷却形式 直接影响焊工的劳动条件和焊接质量 必须根据焊接电流的种类 极性和大小选择合适的钨极直径 若钨极较粗 焊接屯流
10、很小 由于电流密度低 钨极端部温度低 电弧会在钨极端部不规则地漂移 电弧很不稳定 破坏了保护区 熔池易被氧化 当焊接电流超过了相应直径的许用电流时 由于电流密度太高 钨极端部温度达到或超过了钨极的熔点 会出现端部局部熔化现象 端部很亮 当电流继续增大时 熔化了的钨极在端部形成一个小尖状突起 逐渐变大形成熔滴 电弧在熔滴尖端漂移 很不稳定 不仅破坏了氩气保护区 使熔池被氧化 焊缝成形不好 而且熔化的钨落入熔池后将产生夹钨缺陷 同一种直径的钨极 在不同的电源和极性条件下 允许使用的电流范围不同 相同直径的钨极直流正接时 许用电流最大 直流反接时 许用电流最小 交流时许用电流介于二者之间 五 钨极直
11、径与端部形状 续 当焊接电流合适时 电弧稳定 保护效果好 焊接质量好 脉冲TIG焊的许用电流可提高40 100 下表给出了不同直径 不同牌号钨极的许用电流 五 钨极直径与端部形状 续 2 钨极端部形状钨极端部的形状对焊接许用电流的大小 电弧燃烧的稳定性 焊缝成形也有影响 焊接薄板和焊接电流较小时 可用小直径钨极 并将端部磨成20 左有尖锐角 这样电弧容易引燃 并在端部稳定燃烧 但在焊接电流较大时 若仍用尖锐角 由于电流密度过大 电弧斑点会扩展到钨极末端的锥面上 使弧柱明显地扩散 漂移不定 不仅影响焊缝成形 而且由于未端过热 增大电极烧损 因此 在大电流焊接时 应将电极末端磨成钝锥角 大于90
12、或磨成带有平顶的锥角 这样可使电弧斑点稳定 弧柱的扩散减小 对工件加热集中 焊缝成形均匀 交流TIG焊时 一般将钨极端部磨成半球形 钨极直径与锥部尺寸的关系 六 钨极的选用 七 钨极伸出长度 通常我们习惯上叫的钨极伸出长度 是指露在喷嘴外面的那段钨极长度 它是为了防止喷嘴过热或烧坏喷嘴必需的 钨极伸出的长度越短 喷嘴离工件越近 对钨极和熔池的保护效果越好 但妨碍观察熔池 并且容易烧坏喷嘴 钨极伸出长度超长 对钨极和熔池的保护效果越差 钨极寿命短 通常焊对接焊缝时 钨极伸出喷嘴外5 6mm为较好 焊T形焊缝时 为段长度为7 8mm较好 严格的讲 钨极伸出的长度是指钨极端部到钨极卡子端部那一段钨极
13、的长度 它不仅影响保护效果 还影响钨极的最大允许电流 因为这段钨极传导焊接电流不受电弧热作用 而且电流流过时 会产生电阻热 因此 这段长度超长 同一直径的钨极的许用电流越小 八 喷嘴高度 喷嘴端面至工件表面的距离叫喷嘴高度 喷嘴高度越小 保护效果越好 但能观察的范围和保护区较小 填充焊丝比较困难 施焊难度较大 喷嘴高度太小时 容易使钨极与焊丝或熔池短路 产生夹钨缺陷 喷嘴高度越大 能观察的范围越大 但保护效果差 一般喷嘴高度应在8 14mm之间 九 填充焊丝 为保证焊接强度或当焊缝有间隙时 TIG焊需插入适量的填充焊丝 使用填充焊丝时应注意以下事项 1 焊丝的化学成分应与母材的性能相匹配 严格
14、控制其化学成分 纯度和质量 主要化学成分应比母材稍高 以弥补高温的烧损 2 TIG焊使用钢焊丝时应尽量选专用焊丝 以减少主要化学成分的变化 保证焊缝一定的力学性能和熔池液态金属的流动性 获得良好的焊缝成型 避免产生裂纹等缺陷 3 TIG焊使用有色金属焊丝焊接铜 铝 镁 钛及其合金时应注意成分相符 有时可将与母材成分相同的薄板剪成小条当焊丝 4 焊丝在使用前应采用机械或化学方法清除其表面的油脂 锈蚀等杂质 并使之露出金属光泽 5 填充焊丝直径的选择标准 十 喷嘴孔径与氩气流量 通常根据焊接电流的大小确定钨极直径 根据钨极直径确定喷嘴孔径 焊接电流越大 选用的钨极直径越粗 喷嘴孔径越大 相应的氩气
15、流量也越大 对应于某一选定直径的喷嘴 有一个合适的氩气流量范围 氩气流量太小时 保护气体软弱无力 刚性不好 保护区小 抗风能力差 流量太大时 保护气体呈紊流喷出 会将空气卷入焊接区 很容易产生气孔 并使焊缝金属氧化 氮化 效果及差 流量合适时 保护气体呈层流状喷出 保护气体不仅刚性好 而且保护范围大 焊接质量好 喷嘴孔径与氩气流量的选用范围 十 喷嘴孔径与氩气流量 续 选用氩气流量时 还应考虑以下因素 1 外界气流和焊接速度的影响 焊接速度越大 保护气体遇到的空气阻力越大 它使保护气体偏向运动的反方向 若焊接速度太快 对钨极 焊丝和熔池将失去保护作用 因此 在增加焊接速度的同时 应增加氩气流量
16、 在有风的地方焊接时 应适当增加氩气流量 尽量在无风的地方焊接 如果必须在室外或风速大的地方焊接 应采取防风措施 2 焊接接头形式的影响 对接接头或J字形接头船形焊时 具有良好的保护效果 如图中 a b 所示 焊接这类接头时 不必采用其它工艺措施 而进行端头焊和外角焊时 保护效果最差 如图中 c d 所示 焊接这类接头时 除加大氩气流量外 最好加挡板 提高保护效果 如图 e f 所示 钨极氩弧焊 TIG 设备的组成 TIG焊接设备的组成 TIG焊接设备根据其自动化程度 机种和外观的不同而具有较大的差异 但其基本组成是相似的 由以下七个部分组成 1 焊接电源 2 控制箱 分体式 3 自动填丝机 4 焊枪 5 遥控盒 6 Ar气减压表及流量计 7 冷却水循环装置 用于大电流焊接时冷却焊枪 焊接电源一般为陡降外特性 TIG焊机的组成 TIG焊机由以下几个部分组成 焊接方法分类 电弧焊 以气体导电时产生的电弧热为热源熔化极 焊丝或焊条既是电极又是填充金属非熔化极 电极 钨极 不熔化MIG焊 金属极惰性气体保护焊MAG焊 金属极活性气体保护焊TIG焊 钨极惰性气体保护焊CO2焊 二氧化碳气体保护
