钨极氩弧焊(TIG).ppt

钨极氩弧焊（TIG）,专机自动化部制作人：王扬波日期：2010.11.30,第一章 钨极氩弧焊的分类及特点,钨极氩弧焊是一种非熔化极惰性气体保护焊氩气保护下，通过钨极与工件之间产生电弧，利用电弧产生的热量熔化工件的接头处而形成熔池，然后对熔池填加焊丝（也可以不加焊丝）冷却后形成焊缝。是气体保护焊中常用的一种熔化焊方法。、钨极氩弧焊可用于几乎所有钢种、各种厚度和各种位置焊件的焊接，可进行手工和自动焊接并获得高质量的焊缝。这种方法广泛应用于对焊缝质量要求较高的高强度钢、高合金钢和有色金属的焊接。1、1钨极氩弧焊的分类 钨极氩弧焊（或称非熔化极惰性气体保护焊）是利用高熔点钨极作为一个电极，以工件作为另一个电极，并利用氩气（Ar）、氦气（He）或氩、氦混合气体（Ar+He）作为保护介质的燃烧与工件间的电弧作为热源的电弧方法。我国通常只采用氩气做保护气体因此又称为钨极氩弧焊，简称TIG（Tungsten Iner-gas Arc Welding）或GTAW（Gas Tungsten Arc Welding）,钨极氩弧焊示意1-喷嘴；2-钨极；3-电弧；4-焊缝；5-工件（+）；6-熔池；7-填充金属；8-惰性气体；9-电极（-）,钨极氩弧焊分类：,电流形式：,按操作方式：,保护气体成分：,按填充焊丝的状态：,直流氩弧焊,交流氩弧焊,脉冲氩弧焊,手工氩弧焊,自动氩弧焊,氩弧焊,氦弧焊,Ar+He混合气体保护焊,冷丝焊,热丝焊,双丝或多丝焊,2,1,3,6,8,4,7,9,5,当利用基值电流维持主电弧的电离通道，并周期地加一同极性高峰值的脉冲电流，产生脉冲电弧，以熔化金属并控制熔滴过渡，称为脉冲氩弧焊。脉冲氩弧焊的焊接电流时脉冲直流或脉冲交流。脉冲氩弧焊由基本电流维持电弧稳定燃烧，用可控的脉冲电流加热熔化焊件。脉冲氩弧焊与一般氩弧焊的主要区别是采用可控的脉冲电流来熔化工件，而不是利用稳定的直流或交流。又可分为使用钨极的脉冲氩弧焊和使用熔化极的脉冲氩弧焊。脉冲氩弧焊（Pulsed-TIG）特别适合焊接薄板，且飞溅小。,带脉冲功能的直流TIG焊机（OTC）,1、2 钨极氩弧焊的工艺特点,（1）普通钨极氩弧焊,优点,缺点,1:焊接过程稳定，电弧能量参 数可精确控制,2：焊接质量好,3：适于薄板焊接，全位置焊接,4：焊接过程易于现自动化,5：焊缝区无熔渣，焊工可清楚地看到熔池和焊缝成形过程,1：抗风能力差,2：对工件清理要求较高,3：成产率低,（1）脉冲钨极氩弧焊,脉冲钨极氩弧焊具有以下几个工艺特点。,1，焊接过程是脉冲式加热，熔池金属高温停留时间短，金属冷凝快，可减少热敏感材料焊接时的热烈纹倾向，适合热敏材料焊接,2，焊件热输入小，电弧能量集中且挺度搞，便于控制热输入和熔池的大小，对薄板、超薄板焊接尤为适宜。,4、高频电弧振荡作用有利于消除气孔、获得细晶粒的显微组织，提高焊接接头的力学性能。,5、脉冲高频电弧挺度大、指向性强，适合高速焊，焊接速度可达到3m/min。,3、每个焊点加热时间短，冷却迅速，适合于厚度差别较大和导热性能差别大的焊件的焊接。,各种电流钨极氩弧焊的工艺特点,1.3.钨极氩弧焊电流种类及极性,1.直流钨极氩弧焊,1）直流正接法 被焊工件与焊接电源的正极相连，钨极与焊接电源的负极相连。此方法焊接时钨极烧损极少，但不能去除金属表面的氧化膜。除铝、镁合金外，一般都采用此方式。,采用直流正接有如下优点：a、工件作为阳极，接受电子轰击放出的全部动能和逸出功，电弧比较集中，阳极加热面积比较小，因此获得窄而深的焊缝。b、钨极的热电子发射能力强，所以正接时电弧非常稳定 c、钨极发射电极的同时，具有很强的冷却作用，钨极不易过热，所以采用正接法钨极容许通过的电流比反接时大很多。,2）直流反接法 工件与焊接电源的负极相连，钨极接到焊接电源的正极。此时工件表面的氧化膜会自动地破碎被清除，即阴极清理作用。但同时，所以所容许的焊接电流很小。这种方法生产率低，电弧稳定性不好，一般不推荐采用。,一般金属均采用直流正接法,一般不推荐采用，焊接铝、镁及合金可采用交流电源焊接,3.脉冲钨极氩弧焊,交流电流的极性在周期性的变换，相当于在每个周期里半波为直流正接，半波为直流反接。正接时钨极可以发射足够的电子而又不至于过热，有利于焊接电弧的稳定。反接的半波周期工件表面生成的氧化膜很容易地被清理掉而获得表面光亮美观、形成良好的焊缝。兼顾了阴极清理作用和钨极烧损少、电弧稳定性好的效果。对活性强的铝、镁、铝青铜等金属及其合金一般都采用交流氩弧焊。,2.交流钨极氩弧焊,采用可控的电流来加热工件。当每一脉冲电流通过时，工件被加热熔化形成一个点状熔池，基值电流通过时是熔池冷凝结晶，同时维持电弧燃烧。因此脉冲氩弧焊的焊接过程是一个断续的加热过程，焊缝由一个一个点状熔池叠加而成。脉冲电流频率超过5KHz后，电弧具有强烈的电磁收缩效果，使得高频电弧的挺度大为增加，电弧具有很强的稳定性和指向性，因此很适合薄板焊接。此外，高频电弧具有很强的穿透力，增加焊缝熔深。高频电弧也有利于晶粒细化、消除气孔，得到优良的焊接接头。,1.4 钨极氩弧焊的应用范围,(1)适合的材料 氩气的保护效果好，不溶于液态金属，也不与金属发生化学反应。钨极氩弧焊可用于几乎所有的金属和合金的焊接。但由于其成本较高，生产中通常用于焊接易氧化的有色金属及其合金（Al、Mg、Ti等），及不锈钢、高温合金、难熔的活性金属（如Mo、Nb、Zr）等。对于低熔点和易蒸发的金属（如Pd、Sn、Zn），焊接困难，一般不采用。对于已经镀锡、锌、铝等低熔点金属的碳钢，焊前须去除镀层，否则熔入焊缝金属中生成的中间合金会降低接头性能。钨极氩弧焊一般适合焊接3mm以下的板材。（2)适合的接头位置与产品结构 常规的对接、搭接、T形接头和角接等接头处在任何位置，只要结构上具有可到大性均能焊接。钨极氩弧焊特别适用于对焊接接头质量要求较高的场合。对于某些厚壁重要构件，如压力容器、管道、汽轮机转子等。手工钨极氩弧焊适合用于结构形状复杂的焊件和难以接近的部位或间断的短焊缝，自动钨极氩弧焊适于较长焊缝，包括纵缝、环缝和曲线焊缝。,第二章 钨极氩弧焊设备,2.1.钨极氩弧焊设备的分类及型号,(1)钨极氩弧焊设备的分类,按操作方式：,按引弧方式：,接触式TIG焊机,非接触式TIG焊机,交流TIG焊机,交直流两用TIG焊机,按电源类型：,脉冲TIG焊机,直流TIG焊机,自动TIG焊机,手工TIG焊机,交直流氩弧焊机（一楼胡师傅处）,直流氩弧焊机（冲压工程部）,(2)TIG焊机的型号编制方法,国标GB 10248-88电焊机型号编制方法规定钨极氩弧焊机的型号编制方法如下：1 2 3 4-5 6 71、2、3、6用汉语拼音表示；4、5、7用阿拉伯数字表示。第6、7位分别表示派生代号及改进序号。,2.2 钨极氩弧焊设备的组成,手工钨极氩弧焊（TIG）焊机通常由焊接电源、焊接控制系统、焊枪、水冷系统及供气系统等部分组成。自动TIG焊机比手工TIG焊机多了一个焊枪移动装置（行走小车或机器人）和焊丝送进机构。,手工钨极氩弧焊设备的组成,无论是直流或交流TIG焊，都要求使用具有陡降外特性或垂降特性的弧焊电源。TIG焊的电源有直流、交流和脉冲电源三种。直流电源有旋转式焊发电机、磁放大器式弧焊整流器、可控硅弧焊整流器、晶体管电源、逆变电源等几种。交流电源有正炫波电源及方波交流电源。目前使用最广泛的是晶闸管式弧焊电源和逆变电源。,(1)焊接电源,(2)控制箱及引弧装置,1、控制箱中主要安装焊接时序控制电路，主要任务是控制提前送气、滞后断气、引弧、电源通断、电流衰减、冷却水流通断等。对于自动TIG焊机，还要控制焊枪移动装置及送丝机构送丝。2、引弧装置：a、接触引弧，引弧时首先使钨极与工件接触，此时短路电流较小；钨极回抽后立即（几微秒内）将电流切换为焊接电流。此方法仅适合直流正接的直流氩弧焊机 b、非接触引弧，大电流TIG焊机一般不采用接触引弧，因为接触引弧时，强大的短路电流不但使钨极熔化烧损，而且还极易使液态钨进入熔池中，造成焊缝夹钨，影响焊缝力学性能。非接触引弧有两种：高频振荡器引弧和高压脉冲引弧。,(3)焊枪、行走小车及送丝机,钨极氩弧焊（TIG）焊炬又称TIG焊枪，其主要作用是夹持钨极、传导焊接电流和输送并喷出保护气体。根据冷却方式可分为水冷式，有专门的冷却设备；气冷式，冷却作用主要有保护气体的流动来完成。,非接触式引弧（高频引弧）,接触式引弧步骤,冷却装置,焊枪的结构,喷嘴：喷嘴的形状和尺寸对气流的保护性能影响很大，焊嘴出口形式有三种：等截面形、收敛形、扩散形。其中等截面形喷出的气流不会因截面变化而引起流速变化，易建立层流流态，有效保护区区域最大，应用最广泛；收敛形可见度较好，便于操作，应用也很普遍；扩散形一般用于熔化极气体保护焊。喷嘴的材料有陶瓷、紫铜和石英等。高温陶瓷既绝缘又耐热，应用广泛，但焊接电流一般不能超过350A。紫铜喷嘴使用电流可达500A，但需用绝缘套将喷嘴和导电部分隔离。石英喷嘴焊接时可见度好，但价格较贵。目前较普遍应用的是Al2O3陶瓷喷嘴，它的特点是喷嘴烧红后也不易裂、使用寿命长。,（a）收敛形,（b）圆柱等截面形,（c）扩散形,流速不变，有效保护区最大，应用最广,可见度较好，便于操作，应用普遍,一般用于熔化极气体保护焊,送丝机构和焊接小车,钨极氩弧焊气路示意图,气路,钨极卡子,第三章 钨极氩弧焊的焊接材料,3.1.电极材料,钨极氩弧焊（TIG）电极的作用是导通电流，引燃电弧并维持电弧稳定燃烧。钨极作为氩弧焊的电极应具有：保证引弧性能好、焊接过程稳定，发射电子能力强，耐高温而不易熔化烧损，有较大的许用电流、较小的引燃电压。钨极是TIG焊枪中的易耗材料。钨具有高熔点（3410）和沸点（5900）、高强度（可达8501100MPa）、热导率小和高温挥发性小、在高温时有强烈的电子发射能力等特点，是目前最适合的一种非熔化电极材料。常用的电极材料有纯钨极、铈钨极及釷钨极，一些国家还采用锆钨、镧钨、钇钨作为电极使用，进一步提高钨极的性能。,按电极直径推荐的焊接电流范围,钨极端头形状也很重要，常用的钨极端头形式如下图。当采用交流TIG焊时，一般将钨极端头磨成半圆球状，随着电流增加，球径也随之增大，最大时等于钨极半径（即不带锥角）。随着钨极端头锥角增大，弧柱扩散倾向减小，而熔深增大，熔宽减小，焊缝横断面积基本不变。电流越大上述现象越明显。,（a）小电流,（b）大电流,（c）交流电流,钨极应采用专用的硬磨料精砂轮磨削，应保持钨极几何形状的均一性。在磨削钍、铈钨极时，应采用密封式或抽风式砂轮磨削。磨削完毕，操作者应洗净手脸。,TIG焊接不同金属材料时推荐用的钨极,3.2.保护气体,保护气体不仅是焊接区域的保护介质，也是产生电弧的气体介质。保护气体的特性直接影响电弧的引燃、焊接过程的稳定性、焊缝成形质量。钨极氩弧（TIG）一般采用氩气（Ar）、氦气（He）、氩氦混合气体（Ar+75%He）或氩氢混合气体（Ar+15%H2）作为保护气体。,1）氩气是一种无色无味的单原子惰性气体，密度为空气的1.4倍，能很好地覆盖在熔池及电弧的上方，形成良好的保护。氩气几乎不与任何金属发生化学反应，也不溶于金属中。氩气特别适合焊接活泼金属，氩气具有较低的热导率，对电弧冷却作用小，因此电弧稳定性好，电弧电压较低。焊接过程中通常使用瓶装氩气，容积为40L，瓶体颜色为灰色，并用绿色漆标以“氩气”。我国生产的焊接用氩气有99.99%及99.999%两种纯度。,2）氦气是一种无色无味的单原子惰性气体，密度较低大约为空气的1/7，因此焊接时所用流量通常比氩气高12倍。氦气的热导率较高，对电弧的冷却作用大，因此电弧的产热功率大且集中，适合于焊接厚板、高热导率或高熔点金属、热敏感材料及高速焊。在同样条件下，钨极氦弧焊的焊接速度比钨极氩弧焊提高30%40%。钨极氦弧焊一般用直流正接，在焊接铝镁及其合金时也不采用交流电源。,钨极氩弧焊采用的填充金属一般可与目材的化学成分相近。一般选用熔化极气体保护焊用焊丝或焊接用钢丝。焊接低碳钢及低合金高强钢时一般按照“等强匹配”原则选择焊丝；焊接铜、铝、不锈钢时一般按照“等成分匹配”原则选择焊丝。焊接异种金属时，如组织性能不同，应考虑抗裂性及碳的扩散问题；如果组织相同，力学性能不同则选用成分介于两者之间的焊丝。,不同材料钨极氩弧弧焊保护气体的选用,3.3.填充金属,4.1 TIG焊接过程的一般步骤,1)起弧前必须用焊枪向始焊点提前1.54s输送保护气，以驱赶管内和焊接区的空气。2）熄弧后应滞后一定时间（510s）停气，以保护尚未冷却的钨极和熔池。焊枪需待停气后才能离开终焊点，从而保证焊缝始末端的质量。3）接通焊接电源的同时，即启动引弧装置。电弧引 燃后即进入焊接，焊枪的移动和焊丝的送进也同时协调地进行。4）自动接通、切断引弧和稳弧电路，控制电源切断。5）焊接即将结束时，焊接电流应能自动地衰减，直至电弧熄灭，以消除和防止弧坑裂纹。对于环缝焊及热裂纹敏感材料尤其重要。6）用水冷式焊枪时，送水与送气同步进行。,第四章 钨极氩弧焊工艺,钨极氩弧焊的一般控制程序,常见的五种基本接头形式,4.2 焊前准备,1）接头及坡口形式 钨极氩弧焊常用的接头形式有对接、搭接、角接、T形接头、卷边对接、端接及夹条对接,坡口形式及尺寸根据材料类型、板厚等来选择。一般情况下，板厚小于3mm，可开I形坡口；板厚312mm，可开V或Y形坡口。下图给出了铝及铝合金焊接接头的坡口形状及尺寸。,(a)对接接头,(b)搭接接头,(c)角接接头,(d)T形接头,(e)端接接头,铝及铝合金焊接接头的坡口形式及尺寸,2）焊前清理 TIG焊对材料表面质量要求很高，为了保证焊接质量，焊前必须清理工件坡口及坡口两侧表面至少20mm范围内的氧化膜、油脂及水分。否则焊接过程中将影响电弧稳定性，恶化焊缝成形，并可能导致气孔、夹杂、未熔合等缺陷。清理方法主要有机械清理,对工件采用钢丝刷、刮刀、砂布、喷砂或喷丸等等方法去除工件表面的氧化膜、油污等；化学清理，靠化学反应去除工件及焊丝表面的氧化膜及油污，特别适合铝合金、钛合金、镁合金目材积焊丝的焊前处理。,3）装配 采用钨极氩弧焊制造的产品多为薄壁件，控制焊接变形和保证熔透而不烧穿是制造过程中的关键技术。,琴键式薄板对接焊的夹紧装置,设计焊接夹具时，可参考右图结构。箭头方向表示可调整的方向。图中参数参考下表进行设计,焊接垫板准备的情况（设计夹具时特别注意）,薄板对接剪切边的装配,4.3 TIG焊工艺参数及选择,1）TIG焊的工艺参数 钨极氩弧焊的工艺参数主要有：电流的种类及极性、焊接电流、焊接电压、钨极直径及端部形状、保护气体流量等。对于自动焊还包括焊接速度和送丝速度。,电流及极性选择,电流类型,交流电流：焊接铝、镁及其合金，焊接带氧化膜的铜,直流电流：正极性时可以焊接几乎所有的钢铁材料，反极则很少采用。,脉冲电流：可以控制和改善焊根和焊道成形，改善熔深、晶粒尺寸及特殊位置焊接,下表是OTC机电（青岛）有限公司给出的焊接参数（供参考）,4.4 钨极氩弧焊操作技术,1）一般操作 焊接时，焊枪、焊丝和工件之间必须保持正确的相对位置，焊直缝时通常采用左向焊法。钨极氩弧焊送丝方式有三种:手工送丝、送丝机自动送进、焊钳预置填充金属。手工焊接时，送丝可采用断续送进和连续送进两种方式。,角接焊,对接焊,平对接自动焊,环缝自动焊,3)钨极氩弧焊的工艺缺陷、产生原因及防止措施 钨极氩弧焊产生的焊接缺陷，如咬边、烧穿、未焊透、表面成形不良等，与一般电弧焊方法产生的焊接缺陷相似，产生的原因也大体相似。,钨极氩弧焊的工艺缺陷、产生原因及防止措施,4.1 热丝和双电极氩弧焊,第五章 特种钨极氩弧焊技术,热丝钨极氩弧焊原理示意图,热丝TIG焊是利用附加电流预热填充焊丝，以提高焊丝的熔化速度，增加填充金属量，达到高效率。这种方法的熔敷速度比通常的冷丝TIG焊提高一倍以上,双电极钨极氩弧焊示意图,双电极钨极氩弧焊是一种高速TIG焊的高效焊接方法。焊接时两个电极电流相互错开，因此可以选用较大的焊接电流，提高焊接速度改善焊缝成形。,4.1 钨极氩弧点焊,1-钨极 2-喷嘴 3-出气孔 4-母材 5-焊点 6-电弧 7-氩气,钨极氩弧点焊原理示意图,焊接速度慢焊接费用高,可从单面进行点焊更易于点焊厚度相差 悬殊的工件 并且可进 行多层叠加板材点焊。焊点尺寸易于控制，焊接强度可调性较大需施加的压力较小，无须加压装置设备费用低，耗电量较少,与电阻点焊相比：,谢谢大家！,不断改善 成为最佳,