氩弧焊原理

《氩弧焊原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氩弧焊原理（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、原理 钨极氩弧焊是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法,其方法构成如图所 示。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，以 防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的，从而获得优质的焊缝。焊接过程中根据 工件的具体要求可以加或者不加填充焊丝。图钨极惰性气体保护焊有害影响1-喷嘴2-钨极3-电弧4焊缝5-工件6-熔池7-填充焊丝8-惰性气体编辑本段特点这种焊接方法由于电弧是在氩气中进行燃烧，因此具有以下优缺点：1）氩气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气;它本身既不与金属起化 学反应,也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，因此获得较高 质量的焊缝提供良好条件。2

2、）钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（10A）仍可稳定燃烧，特别适 用于薄板材料焊接。3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整所以这种焊接方法可进行 全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。4）由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。5）交流氩弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面的氧化膜作用，因此，可成功 地焊接一些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及合金。6）钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可 能进入熔池而引起夹钨。因此，熔敷速度小、熔深浅、生产率低。7）采用氩气较贵，熔敷率低，且氩弧焊机有较复杂，和其他焊接方法（如焊条 电弧焊、埋

3、弧焊、CO2­气体保护焊）比较，生产成本较高。8）氩弧周围受气流影响较大，不易室外工作。编辑本段分类钨极氩弧焊按操作方法可分为手工钨极氩弧焊和机械化焊接两种。对于直线焊缝 和规则的曲线焊缝，可采用机械化焊接。而对于不规则的或较短的焊缝，则采用 手工钨极氩弧焊。目前使用较多的是直流手工钨极氩弧焊，直流钨极氩弧焊通常 分为两种：直流反极性 在钨极氩弧焊中，虽很少用直流反极性，但是，它有一种去除氧化膜作用。所谓 去除氧化膜作用，在交流焊的反极性半波也同样存在，它是成功地焊接铝、镁及 其合金的重要因素。铝、镁及其合金的表面存在一层致密难熔的氧化膜覆盖在焊 接熔池表面，如不及时清除，焊接时会造成

4、未熔合，在焊缝表面还会形成皱皮或 产生内气孔、夹渣，直接影响焊接质量。实践证明，反极性时，被焊金属表面的 氧化膜在电弧的作用下，可以被清除掉而获得成形美观的焊缝。这种作用要求阴 极斑点的能量密度要很高和被质量很大的正离子撞击，致使氧化膜破碎。直流正极性直流正极性时，焊件接正极，焊件接受电子轰击放出的全部动能和逸出功，产生 大量的热，因此熔池深而窄，生产率高，焊件的收缩和变形都小。当采用直流正 极性时，钨极是阴极，钨极的熔点高，在高温时电子发射能力强，电弧燃烧稳定 性好。除焊接铝、镁及其合金外，一般均采用直流正极性接法进行焊接。编辑本段适用性钨极氩弧焊，以人工或自动操作都适宜，且能用于持续焊接、

5、间续焊接（有时称 为跳焊）和点焊，因为其电极棒是非消耗性的，故可不需加入熔填金属而仅 熔合母材金属做焊接，然而对于个别的接头，依其需要也许需使用熔填金属。 钨极氩弧焊是一种全姿势位置焊接方式，且特别适于薄板的焊接一经常可薄至 0.005英寸。（一）焊接的金属钨极氩弧焊的特性使其能使用于大多数的金属和合金的焊接，可用钨极氩弧焊焊 接的金属包括碳钢、合金钢、不锈钢、耐热合金、难熔金属、铝合金、镁合金、 铍合金、铜合金、镍合金、钛合金和锆合金等等。铅和锌很难用钨极氩弧焊方式焊接，这些金属的低熔点使焊接控制极端的困难， 锌在1663F汽化，而此温度仍比电弧温度低很多，且由于锌的挥发而使焊道不良， 表面

6、镀铅、锡、锌、镉或铝的钢和其它在较高温度熔化的金属，可用电弧焊接， 但需特殊的程序。在镀层的金属中的焊道由于“交互合金”的结果。很可能具有低的机械性质为防 止在镀层的金属焊接中产生交互合金作用，必须将要焊接的区域的表面镀层清 除，焊接后在修补。编辑本段母材金属厚度 钨极氩弧焊能应用于广泛厚度范围的金属焊接，此方式非常适合于焊接3mm厚以 下物件，因为其电弧产生强烈的、集中热量，而产生高焊接速度，使用熔填金属 能做多道焊接。虽然6.25mm以上的厚度的母材金属，通常使用其他焊接方式。但是，需高品质 的厚焊件有使用钨极氩弧焊做多层焊接。例如在8m直径的火箭发动器，15mm厚 的外壳制造中，以钨极氩

7、弧焊使用填充金属做纵向和圆周多道焊接，虽然对此厚 的金属而言，此焊接方式较慢，但因为焊道的高品质要求，故而使用TIG焊接。钨极氩弧焊可成功的焊接多种“箔厚度”的合金，薄板焊接需要精密的装置固 定，对于箔厚度的金属。需使用机械或自动焊接，“高温电离子电弧焊接”经常 被记为是钨极氩弧焊的一种变化，对于焊接薄板具有更多的优点。编辑本段工作物形状 防止使用自动方法的复杂形状处需使用手操作焊接。手操作是使用于需要短的焊 道的不规则的形状物件上焊接，或需要在难以达到的（不易接近的）区域的焊接, 手操作也适合全姿势焊接。自动设备能使用曲线的和直线的表面焊接。例如波状钛极两端对组成件的特殊正 弦波焊接，对于此

8、正弦波式的焊接，设计一机械式的导向单元跟随金属模板以引 导焊枪。例如此焊接的人工操作，其控制极端的困难。编辑本段TIG的基础 因为在钨极氩弧焊中，其热量是在极棒和工作物之间产生，而将工作物边缘熔化 且当焊道熔池凝固时必须清洁，接合在一起。为了能以钨极氩弧焊得到良好的品质的焊道，基本上必须将要焊接的所有表面 和临近的区域清洁干净，如果使用熔填金属也必须清洁。另一基本要求是要焊接的组成件的组合，必须牢固的保持在正确的相关的位置 上，当组合方式是高要求，且工作物薄，形状复杂。不使用熔填金属焊接或使用 自动焊接时，需使用的装置具。起弧通常使用“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

9、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

10、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

11、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。操作方式在手工的和全自动的钨极氩弧焊之

12、间有一个区别，即是：手工焊接是以“焊工” 做之，全自动焊接是以“操作者”做之；例如脚踏控制焊接电流和转换开关的手 工焊接的改良方式都是趋向自动焊接的初步发展；使用持握和带动焊枪以定速或 按照计划的速度移动，且能自动调整电弧电压（电弧长度），自动开关和停止之 设备，既构成全自动焊接。焊工技术操作人员的选择和训练主要是取决于使用的设备之“自动程度”，因为钨极氩弧 焊是最经常使用于接合金属片的配件，且因为在其应用中，焊工能很容易的处理 相当轻小的组成件，故而焊工经常需花费其部分的时间作清洁，组合装置固定和 虚焊等操作处理，而且除了需要高度的手工技巧，耐心的训练以得到良好品质的 焊道以外，有时焊工具有

13、机械的技术，将要焊的组合件作适当的组合和装置固定。 特定焊接技术的需要会随着由一种焊接方式改为另一种焊接方式而变化，例如一 位精以手工操作气保焊接的焊工，需外加训练才能有资格做钨极氩弧焊，另外， 在某些应用中需特别的技术，例如消耗性背垫环的安置和焊接和修补焊接等。检验钨极氩弧焊的检验包括所有的非破坏性方式，从金属片形焊物的表面检验至较厚 焊接物的放射线（X光）和超声波方式检验，以检查表面以下（内部）较可能发生 的缺陷。编辑本段焊接电流 在任何焊接操作的控制中“电流”是最重要的操作条件，因为其与渗透的深度, 焊接速度，焊着速度和焊道的品质皆有关；基本上，有三种焊接电流可供选择:（a）直流正极性，

14、（b）直流反极性（c）交流（d）。在此三种电流上附加高频 电流，可得到某些所需的效应表1中列出各种不同的金属焊接的电流型试选择 说明。直流正极性为钨极氩弧焊使用最广泛的电流型式，几乎所有的一般可焊接之金属和合金中都 能产生良好的焊道；在以dcsp （直流正极性）的焊接中，电极是负极，工作物 金属是正极，因此电子流是由电极流向工作物金属。因为在所有直流电弧中70% 的热量是在电弧的正极或阳极端部产生，对于给予尺寸的电极棒，可承受正极 性电流较多，而可承受的反极性电流较少，相同的，如果对于特定尺寸的电极棒， 需要有最热的电弧时，dcsp是必须使用的电流型式。正极性直流电流可产生深的窄的焊道，且“渗

15、透”优于其他两种电流所提供的， 然而窄的焊道和较深的渗透使在此dcsp焊接薄金属物时引起困难；与dcrp或 ac不同的是：dcsp不能除移铝、镁或铍铜上的表面氧化物，但是铝若以dcsp 焊接，需使用特殊化的焊接方式加上焊接前之机械的或化学的清洁 使用dcsp焊接比高频稳定化交流电弧焊接时需要教多的技术，主要是因为dcsp 在引弧时没有高频导引放电，因此可在标准的机器上加上特别的装置而将高频电 流附加于dcsp上。直流反极性在于dcrp （直流反极性）的焊接中，电极是连接电焊机正极端，且工作物金属 接负极端。因此电子流从工作物流向电极棒；而在电极中产生高热量，在工作物 中产生低热量；在相同的安培

16、和电弧长度下，dcrp电弧的电压稍高dcsp电弧， 因此dcrp电弧具有较多的总能量。反极性直流电是三种电流型式中最少使用的，因为其产生平坦的，宽的且渗透浅 的焊道，以dcrp焊接，需要高的技术，因为以相同低的焊接电流值需使用大尺 寸的电极棒。故而通常不使用，反极性直流电流具有“最冷的”有效电弧，但是 能提供从工作物表面移氧化物之优越特性。以dcrp焊接铝是特别的困难，因为熔池很容易被吸引至电极棒的尖端，而电极 棒与铝接触时受污染变体，然而dcrp可有效的使用于接合薄的铝片（0.6mm）， 另一方面镁受到dcrp固有的电弧作用所排弃且因而没有污染问题，dcrp可使用 于焊接厚至3mm的镁金属。移除氧化物有数种理论解释为何反极性直流电流能从某些母材金属表面移除氧化物的清洁 作用但是，一般被接受的解释如下：当电极性为正