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1、第三章 TIG 焊接方法3.1 TIG 焊接方法的原理3.1.1 前言TIG 是英文Tungsten Inert Gas 的缩写，TIG 焊接方法是使用钨电极和惰性气体保护的一种弧焊技术，该技术于 1930 年争论成功，最初阶段保护气体使用氦气，所以曾经使用氦弧焊的名称(Heli Arc)，目前广泛使用氩气作为保护气体，所以又把TIG 焊接技术称之为氩弧焊技术。3.1.2 TIG 焊接方法的原理图 3.1 表示TIG 焊接方法的原理。在 TIG 焊接技术中，在不熔化的钨电极与母材之间产生电弧，利用氩气等惰性气体把熔融金属与空气隔开以起保护作用，利用电弧产生的高热量把母材进展熔化从而连结在一 起
2、。在TIG 焊接方法中有使用填充材料的填丝TIG 和不使用填充材料只熔化母材的TIG 焊。图 3.1TIG 焊接方法的原理3.2 TIG 焊接方法的起弧方式TIG 焊接方法中的起弧方式可分为三类:“高频振荡起弧方式”、“外加直流高压脉冲起弧方式”和“接触起弧方式”。最近，由于环境保护的要求，限制高频噪音的发生，所以在TIG 焊接方法中倾向于不使用“高频振荡起弧方式”。1. 高频振荡起弧方式如图 3.2 所示，电极与母材不接触，利用高频振荡打破电极与母材之间的绝缘状态，产生电弧。图 3.2高频振荡起弧方式2. 外加直流高压脉冲起弧方式如图 3.3 所示，电极与母材不接触，利用外加直流高压脉冲产生
3、电弧。图 3.3外加直流高压脉冲起弧方式3. 接触起弧方式如图 3.4 所示，电极与母材接触的瞬间，把焊枪提升一点距离, 从而产生电弧。图 3.4接触起弧方式3.3 TIG 焊接方法的主要特点TIG 焊接方法的主要特点如下: 由于有惰性气体保护，对焊缝金属的保护效果好，所以在焊接金属中极少混入杂质，从而能取得高质量的焊接结果。 能焊接工业中使用的几乎全部的金属铅、锡等低熔点金属除外。 没有飞溅，操作便利。 能实现任何形式的接头的焊接，而且焊接姿势不受限制。 即使在小电流区域也能得到稳定的电弧，所以能焊接薄板。另外TIG 焊接简洁得到单面焊双面成型。 明弧，能观看电弧及熔池。 填充金属的添加量不
4、受焊接电流的限制。 某些场合可不添加金属。 能进展脉冲焊接，削减热输入。TIG 焊接方法的缺点是，惰性气体价格比较高，与 MIG 焊接方法比较，其焊接速度慢(从而降低了焊接作业效率)，受气体保护的电弧简洁受环境中风的影响，焊缝金属易于受钨的污染。3.4 TIG 焊接方法的分类3.4.1 各种 TIG 焊接方法的比较在 TIG 焊接方法中有沟通TIG 焊、直流TIG 焊以及焊接电流有周期性变化的脉冲TIG 焊接法。依据使用的不同的电极极性和电流的掌握方法可将 TIG 焊接方法进展分类，如表3.1 所示。此外，各种典型的被焊接材料(母材)适用的焊接电源种类如表 3.2 所示。各种材料有其特有的特性
5、，必需依据不同的使用目的加以选择。表 3.1各种TIG 焊接方法的比较直流TIG 焊沟通TIG 焊脉冲TIG 焊电源外特性极性恒电流直流正接焊枪接负极)缓降特性或恒电流沟通脉冲电流直流正接或沟通使用电流(A)4500105001500适用板厚(mm)0.3 以上0.5 以上0.1 以上焊接姿势全位置全位置全位置特点有去除外表氧化膜的作用l 适合焊接薄板l 焊接速度高适用母材除活泼金属外的全部合铝合金不锈钢(直流)金镁合金低碳合金钢(直流)铝合金(沟通)(注) 使用直流TIG 焊时，假设是直流反接法焊枪接正，会加快钨电极的损耗，所以一般不承受。表 3.2TIG 焊接(含脉冲)电源的选择被焊接材料
6、碳素钢铸 铁不锈钢铝镁硅铜.脱氧铜黄铜银铬合金沟通焊机直流焊机(正接)备注:推举电源能用但不推举不能用沟通电源主要适用于必需利用电弧除去母材外表的氧化膜的金属焊接，例如铝、镁合金。在其它金属要承受直流电源正接进展焊接。3.4.2 直流 TIG 焊接方法最常用的TIG 焊接方法。使用恒流特性的焊接电源，如图3.5 所示，把钨极(焊枪一侧) 与阴极相连从而产生电弧，直流 TIG 焊接方法可用于除铝和镁等合金(活泼金属)以外的几乎全部金属的焊接。图 3.5直流TIG 焊接方法图 3.6 表示钨电极与电源正极和负极分别连接的极性效果图 3.6 直流TIG 焊接方法的极性效果3.4.3 沟通 TIG 焊
7、接方法在铝和镁合金等的焊接中，必需除去母材外表的氧化皮膜，母材一侧作为阴极时电弧有“阴极雾化作用”，这是由于电流密度高的阴极斑点在外表氧化皮膜上来回移动能破坏和除去氧化皮膜。图 3.7 为通过阴极雾化作用干净后铝合金的焊缝外观。图 3.7 沟通TIG 焊接铝合金的干净作用如图 3.8 所示，铝金属外表有一层熔点很高的氧化皮膜，假设钨电极接正，母材接负时， 从电极外表来的离子打在氧化膜上，从而将之打碎、去除。这种破坏和去除铝外表的氧化皮 膜的作用，把它称之为氧化膜清洁作用。图 3.8铝的氧化膜但是，假设象图3.8 那样连接，由于电极为阳极时，传入电极的电弧热很大，这就增大了钨电极的消耗(而且熔深
8、变浅)，因此这种电极连接方法不有用。为了解决这个问题，实行 “沟通TIG 焊接方法”，如图 3.9 所示，能发挥正接和反接两者的特长，既保证有清洁作用， 又抑制了电极的消耗速度，熔深处于正极性和负极性的中间状态，此外，沟通焊接电源使用 恒流特性。在铝的焊接中使用沟通TIG 焊接方法。图 3.9沟通TIG 焊接方法3.4.4 脉冲 TIG 焊接方法脉冲 TIG 焊接方法是将焊接电流周期性变化，从而调整电弧特性最终到达掌握焊缝外形的目的。在这种方法中，有直流脉冲和沟通脉冲两种形式，可依据不同的母材材质加以选 用，表 4-2 列出了不同的母材和与之相配套的电源类型。下面介绍各种脉冲TIG 焊接方法。
9、3.4.4.1 直流脉冲 TIG 焊接方法如图 3.10 所示，直流脉冲TIG 焊接方法使焊接电流呈脉冲方式按肯定周期进展变化，在脉冲电流峰值(Ip)流过时间内(Tp)熔化母材，在基值电流(Ib)流过时间内(Tb)让熔池冷却凝固，这些熔化的局部周期重叠就形成焊缝。图 3.10脉冲波形与焊缝外形图 3.11 表示利用脉冲 TIG 方法焊接不锈钢时的焊缝外观，呈鱼鳞外形。通过调整焊接速度或脉冲频率能掌握相邻鳞片重叠局部的尺寸。图 3.11脉冲TIG 焊接不锈钢的焊缝外观此外，直流脉冲TIG 焊接方法所使用的频率大致有三种: 低频脉冲(0.520Hz) 中频脉冲(10500Hz) 高频脉冲(120k
10、Hz)注: 频率的具体数值随不同工厂、不同产品多少有些差异，此外，在名称方面也与不同的工厂有关，例如把低、中、高频脉冲称之为低速、中速、高速脉冲等。不同频率直流脉冲TIG 焊接方法的应用范围如下:低频脉冲焊接异种金属和不同板厚的金属中频脉冲焊接薄板(0.3mm 左右)高频脉冲极薄板( 0.1mm)或热电偶等高质量超周密的焊接直流脉冲TIG 焊接方法的主要特征:1. 可以准确地掌握工件的热输入和熔池尺寸，提高焊缝抗烧穿和熔池的保持力量，获得均匀的熔深，特别适用于薄板薄至01mm全位置焊接和单面焊双面成型。2. 每个焊点加热和冷却快速，所以适用于导热性能和厚度差异大的工件。3. 脉冲电弧可以用较低
11、的热输入而获得较大的熔深，故同样条件下能减小焊接热影响区和焊接变形，这对薄板和超薄板尤为重要。4. 焊接过程中熔池金属冷凝快，高温停留时间短，可减小热敏材料焊接时产生裂纹的倾向。3.4.4.2 沟通脉冲 TIG 焊接方法沟通脉冲 TIG 焊接方法的原理与直流脉冲TIG 焊接方法的原理一样，电流波形也是以肯定的周期进展变化，只是沟通脉冲的电流波形是依据商用频率50Hz 或 60Hz 作周期性的正负变化，如图 3.12 所示。图 3.12 沟通脉冲TIG 焊接的电流波形此外，形成焊缝的机理与直流脉冲TIG 焊接方法一样，图 3.13 表示利用沟通脉冲TIG 焊接方法焊接铝合金的焊缝外观。图 3.1
12、3沟通脉冲TIG 焊接铝合金的焊缝外观沟通脉冲 TIG 焊接方法是在利用可控硅等半导体器件的沟通TIG 焊接电源消灭以后才研制成功的一种焊接方法，进展历史并不长，这种焊接方法广泛应用于铝焊接。沟通脉冲TIG 焊接方法的特点：1. 简洁进展薄板、内部焊缝、姿势难度高的焊缝的焊接。2. 能干净的宽度足够地宽。3. 焊缝与母材的之间的过度好。4. 能得到秀丽的焊缝外观。3.4.5 其它的 TIG 焊接方法3.4.5.1 TIG 热丝(hot wire)焊接方法TIG 焊接法虽然能得到高质量的焊缝，但有焊接熔敷量量少、效率低的缺点。而热丝焊接法在焊丝送入熔池之前先对其进展加热，从而增加了熔敷量，既保持
13、了 TIG 焊接的高质量的优点，又提高了焊接效率。加热焊丝的方法有两种，一种是承受专用的焊丝加热电源，另一种是使用焊接电流的分 流来加热焊丝。图 3.14 表示承受外加电源的热丝加热方式，在离母材 10mm 左右的地方对焊丝供电，通过电阻发热加热焊丝，这时的焊丝处于半熔化状态送入熔池，这种方式比一般 不加热焊丝(这时叫做冷焊丝)方式增加三倍左右的熔敷量，为此该方法能提高薄板的焊接效率，速度也提高了两倍。此外，这种方式通过加热的焊丝能去掉母材外表的油脂，从而抑制了气孔的发生。图 3.14TIG 热丝焊接方法该方式的缺点是，由于焊丝的加热电流和电弧电流相互干预简洁引起磁吹 (弧偏吹)现象，特别是在
14、高电流区这种现象的影响最明显。3.4.5.2 TIG 点焊如图 3.15 所示，TIG 点焊是用焊枪末端压在母材上使之严密接触，然后通过TIG 电弧对搭接板进展加热，形成点状焊接接头的焊接方法。电弧的发生时间随母材的材质、板厚的不同而不同，一般在 0.55 秒之间，电弧长调整为 23mm，不用附加焊丝，所以要求被焊工件要严密接触。图 3.15TIG 电弧点焊TIG 点焊与电阻点焊相比，它有如下优点：1. 可用一面进展点焊，便利敏捷。对于那些无法从两面操作的构件，更有特别的意义。2. 更简洁点焊相差悬殊的工件，且可将多层板材点焊。3. 焊点尺寸简洁掌握，焊点强度可在很大范围内调整。4. 需施加的压力小，无需加压装置。5. 设备费用低廉，耗电量少。缺点：1. 焊接速度不如电阻点焊高。2. 焊接费用氩气消耗等较高。3.5 TIG 焊接设备3.5.1 TIG 焊接设备的主要构成TIG 焊接设备的主要构成如下:.焊接电源.高频发生装置和掌握装置.焊枪.附属设备(遥控器、焊丝供给装置、冷却水循环装置、氩气瓶、氩气表及流量计等)其中，高频发生
