焊接方法和设备——第六章钨极氩弧焊
钨极氩弧焊基本知识
Q = (0.8 ―1.2 ) D
式中：Q――氩气流量，L/ｍｍ
钨极尖端形状和电流范围
6）电弧电压
电弧电压由弧长决定，电压增大时，熔宽稍增大，熔深减小。通过焊接电流和电弧电压的配合，可以控制焊缝形状。当电弧电 压过高时，易产生未焊透并使氩气保护效果变差。因此，应在电弧不短路的情况下，尽量减小电弧长度。钨极氩弧焊的电弧电 压选用范围一般是10－24伏。
7）氩气流量
8) 焊接速度
焊接速度加快时，氩气流量要相应加大。焊接速度过快，由于空
气阻力对保护气流的影响，会使保护层可能偏离钨极和熔池，从而使保护效果变差。同时，焊接速度还显著地影响焊缝成型。 因此，应选择合适的焊接速度。
9）喷嘴直径
增大喷嘴直径的同时，应增大气体流量，此时保护区大，保护效果好。但喷嘴过大时，不仅使氩气的消耗量增加，而且可能使 焊炬伸不进去，或妨碍焊工视线，不便于观察操作。故一般钨极氩弧焊喷嘴以5－14ｍｍ为佳。
D――喷嘴直径，ｍｍ。
（氩气纯度：焊接不同的金属，对氩气的纯度要求不同。例如焊接耐热钢、不锈钢、铜及铜合金，氩气纯度应大于99.70%； 焊接铝、镁及其合金，要求氩气纯度大于99.90%；焊接钛及其合金，要求氩气纯度大于99.98%。国产工业用氩气的纯度可 99.99%，故实际生产中一般不必考虑提纯。）
采用直流正接时，工件接正极，温度较高，适于焊厚件件及散热快的金属，钨棒接负极，温度低，可提高许用电流，同时钨极 烧损小。 直流反接时，钨极接正极烧损大，所以很少采用。 采用交流钨极氩弧焊时，在焊件为负，钨极为正极性的半波里，阴极有去除氧化膜的作用，即“阴极破碎”作用。在焊接铝、镁 及其合金时，其表面有一层致密的高熔点氧化膜，若不能除去，将会造成未熔合、夹渣焊缝表面形成皱皮及内部气孔等缺陷。 而利用反极性的半波里正离子向熔池表面高速运动，可将金属表面氧化膜撞碎，在正极性的半波里，钨极可以得到冷却，以减 少钨极的烧损。所以，通常用交流钨极氩弧焊来焊接氧化性强的铝、镁及其合金。 4）钨极直径 钨极直径主要按焊件厚度、焊接电流的大小和电源极性来选择。如果钨极直径选择不当，将造成电弧不稳，钨棒烧损严重和焊 缝夹钨 等现象。(钨极成分：钨极作为一个电极，它要负担传导电流，引燃电弧和维持电弧的作用。钨是难熔（熔点3410±10℃）、 耐高温（沸点5900℃），导电性能好，允许通过较大电流和具有强的发射电子电子能力的金属，所以，钨棒适于做电极。) 5）焊接电流 焊接电流主要根据工件的厚度和空间位置来选择，过大或过小的焊接电流都会使焊缝成型不良或产生焊接缺陷。所以，必须在 不同钨极直径充许的焊接电流范围内，正确地选择焊接电流，见下表。 不同直径钨极(加氧化物)的许用电流范围
钨极氩弧焊
钨极氩弧焊一、概述：1、钨极氩弧焊就是以氩气作为保护气体，钨极作为不熔化极，借助钨电极与焊件之间产生的电弧，加热熔化母材（同时添加焊丝也被熔化）实现焊接的方法。
氩气用于保护焊缝金属和钨电极熔池，在电弧加热区域不被空气氧化。
2、一般氩弧焊的优点：(1) 能焊接除熔点非常低的铝锡外的绝大多数的金属和合金。
(2) 交流氩弧焊能焊接化学性质比较活泼和易形成氧化膜的铝及铝镁合金。
(3) 焊接时无焊渣、无飞溅。
(4) 能进行全方位焊接，用脉冲氩弧焊可减小热输入，适宜焊0.1mm不锈钢(5) 电弧温度高、热输入小、速度快、热影响面小、焊接变形小。
(6) 填充金属和添加量不受焊接电流的影响。
3、氩弧焊适用焊接范围适用于碳钢、合金钢、不锈钢、难熔金属铝及铝镁合金、铜及铜合金、钛及钛合金，以及超薄板0.1mm，同时能进行全方位焊接，特别对复杂焊件难以接近部位等等。
二、钨极氩弧焊焊机的组成1、本公司氩弧焊机的型号（见图表）、编制方法、文字说明。
2、焊机的部件（焊机、焊枪、气、水、电）、地线及地线钳、钨极。
3、焊机的连接方法（以WSM系列为例）(1) 焊机的一次进线，根据焊机的额定输入容量配制配电箱，空气开关的大小，一次线的截面。
(2) 焊机的输出电压计算方法：U=10+0.04I(3) 焊机极性，一般接法：工件接正为正极性接法；工件接负为负极性接法。
钨极氩弧焊一定要直流正极性接法：焊枪接负，工件接正。
(4) 水源接法、氩气接法三、焊枪的组成（水冷式、气冷式）：手把、连接件、电极夹头、喷嘴、气管、水管、电缆线、导线。
四、氩气的作用、流量大小与焊接关系、调节方法。
1、氩气属于惰性气体，不易和其它金属材料、气体发生反应。
而且由于气流有冷却作用，焊缝热影响区小，焊件变形小。
是钨极氩弧焊最理想的保护气体。
2、氩气主要是对熔池进行有效的保护，在焊接过程中防止空气对熔池侵蚀而引起氧化，同时对焊缝区域进行有效隔离空气，使焊缝区域得到保护，提高焊接性能。
任务一钨极氩弧焊的基本介绍
了解了钨极氩弧焊在工业生产中 的应用领域和优势，对其市场需
求和发展前景有了初步认识。
通过实践操作，提高了自己的动 手能力和解决问题的能力，为今 后的学习和工作打下了良好基础。
存在问题和挑战分析
在焊接过程中，对焊接参数的掌握不够熟练，需要进一步加强实践和理论学习。 对于复杂形状和厚度的工件，焊接难度较大，需要进一步提高技能水平和经验积累。
射线检测
利用X射线或γ射线穿透焊缝，在 胶片上形成影像，通过观察影像
判断焊缝内部质量。
超声波检测
利用超声波在焊缝中的反射和传 播特性，检测焊缝内部缺陷。
磁粉检测
通过磁化焊缝，在缺陷处形成漏 磁场，吸引磁粉形成磁痕，从而
显示缺陷。
力学性能试验方法及评定指标
拉伸试验
01
将焊缝试样拉伸至断裂，测量其抗拉强度和延伸率，评定焊缝
钨极氩弧焊设备价格较高，对于一些小型企业或个人而言，成本压力较大。
未来发展趋势预测
随着制造业的快速发展，对焊接 技术的需求将不断增加，钨极氩 弧焊作为一种高效、优质的焊接 方法，其应用前景将更加广阔。
随着科技的不断进步，钨极氩弧 焊设备将更加智能化、自动化，
提高生产效率和焊接质量。
为了适应环保和可持续发展的要 求，未来钨极氩弧焊将更加注重 环保、节能等方面的研究和应用。
控制系统
对焊接参数进行精确控制，如电流、电压、焊接速度等，实现高质量的焊接。
焊枪与送丝机构
焊枪
传导焊接电流、输送保护气体和焊丝，是焊接过程中的重要 工具。
送丝机构
将焊丝均匀地送入焊接区域，保证焊接过程的连续性和稳定 性。
保护气体供应系统
01
02
03
气瓶
第六模块手工钨极氩弧焊
图13 左向焊与右向焊 a）左焊法 b）右焊法
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（五）左焊法与右焊法
1.左焊法
在焊接过程中，焊丝与焊枪由右端向左端移动，焊接
电弧指向未焊部分，焊丝位于电弧运动的前方，称为左焊
法（图13a）。这种焊接方法操作者的视野不受阻碍，便于
观察和控制熔池情况；焊接电弧指向未焊部分，既可对未
焊部分起预热作用，又能减小熔深，有利于焊接薄件，特
（4）电磁气阀 电磁气阀是开闭气路的装置，由延时 继电器控制。可起到提前供气和滞后停气的作用。
4
4.冷却系统
用来冷却焊接电缆，焊枪和钨极，如果电流
小于150A时可不需用水冷却。为了保证焊接设备
使用安全，在水路装有水压开关。当水流的压力
太低，甚至断水时，水压开关的接点打开切断电
源，从而可避免焊枪的导电部分烧毁。
（二）焊接
1.打底焊
打底焊缝最好不在中途停止，如中途有停止时，
则接头必须严格按要求进行打磨。而且，打底焊缝
应有一定厚度：对于壁厚不大于10mm的管子，其厚
度不得小于2～3mm；壁厚大于10mm的管子，其厚度
不得小于4～5mm。打底焊缝需经自检合格后，才能
填充焊接。
12
2.焊接
焊接时要保证焊枪的角度及送丝位置，力求做到送丝
均匀，以保证焊缝成形。
为了获得比较宽的焊道，保证坡口两侧的熔合质量，
焊枪也可作横向摆动，但摆动频率不能太高，幅度不能太
大，以不破坏熔池的保护效果为原则，由操作者灵活掌握。
打底层焊完后，在进行第二层焊接时，应注意不得将
打底焊道烧穿，防止焊道下凹或背面剧烈氧化。
3.焊接接头质量的控制
无论打底层焊接还是填充层焊接，控制焊接接头的质 量是很重要的。焊接时应尽量避免停弧，减少接头次数。 但在实际操作时，由于需要更换焊丝、更换钨极以及焊接 位置的变化，或要求对称分段焊接等必须停弧，所以接头 是不可避免的，因此就应尽可能地设法控制接头的质量。 控制焊接接头的质量有以下方法：
钨极氩弧焊原理
钨极氩弧焊原理
钨极氩弧焊是一种常用的焊接方法，其原理是利用气体保护下的电弧将工件进行连接。
下面将介绍钨极氩弧焊的工作原理。
钨极氩弧焊使用钨电极和氩气作为保护气体。
首先，通过电源提供电流，使电极和工件形成电弧。
钨电极由于其高熔点和良好的电导性能，能够在高温下稳定工作。
而氩气则起到了保护作用，防止电弧与外界气体发生反应。
在焊接过程中，电弧使焊件表面加热至熔点，并且通过电极传导热量使焊缝处的材料熔化。
熔化的金属在电弧的作用下形成良好的焊缝。
同时，氩气在焊接区域形成保护性的气氛，防止氧气和其他气体的进入，避免了氧化和污染，从而提高了焊接质量。
钨极氩弧焊具有焊接速度快、焊缝质量高等优点。
同时，由于在焊接过程中没有焊芯，避免了焊接材料的污染。
这种方法广泛应用于对焊缝质量要求高的领域，如航空、航天、核工程等行业。
总结起来，钨极氩弧焊利用钨电极和氩气的配合，形成稳定的电弧和保护气氛，将焊接材料熔化并连接在一起。
其工作原理简单而有效，是一种常用的焊接方法。
钨极氩弧焊 (1)
钨极氩弧焊的安全技术
2、安全防护措施
① 通风措施 在氩弧焊工作现场、焊接工作量大，焊机集中 的地方，要有良好的通风装置或者安装几台轴流风机向外 排风。此外，还可采用局部通风的措施将电弧周围的有害 气体抽走，例如采用明弧排烟罩、排烟焊枪、轻便小风机 等。
① 防护射线措施 尽可能采用放射剂量极低的铈钨极。钍钨 极和铈钨极加工时，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，加工后要洗净手 脸。钍钨极和铈钨极应放在铝盒内保存。
钨极氩弧焊的主要设备
4、供气系统和水冷系统
（1）供气系统 供气系统由氩气瓶、氩气流量调节器及电磁气阀组成。 氩气瓶 外表涂灰色，并用绿漆标以“氩气”字样。氩气瓶最大 压力为15MPa，容积为40L。 电磁气阀 是开闭气路的装置，由延时继电器控制，可起到提前 供气和滞后停气的作用。 氩气流量调节器 起降压和稳压的作用及调节氩气流量。氩气流 量调节器的外形如下图。
钨极氩弧焊的主要设备
（2）水冷系统
用来冷却焊接电缆、焊枪和钨极。如果焊接电流小于 100A可以不用水冷却。使用的焊接电流超过100A时，必 须通水冷却，并以水压开关控制，保证冷却水接通并有一 定压力后才能启动焊机。
钨极氩弧焊
问题3 钨极氩弧焊的操作要点：
送气 引弧 运条 熄弧
（1）引弧 通常手工钨极氩弧焊机本身具有引弧装置（高压脉冲 发生器或高频振荡器），钨极与焊件并不接触保持一定距离， 就能在施焊点上直接引燃电弧。 （2）如下图所示夹持焊丝，用左手拇指、食指、中指配合动作 送丝，无名指和小手指夹住焊丝控制方向，靠手臂和手腕的上、 下反复动作，将焊丝端部的熔滴送入熔池，全位置焊时多用此 法。
1-焊件 2-焊枪 3-遥控
手工钨极氩弧焊操作方法
手工钨极氩弧焊操作方法
手工钨极氩弧焊（也称为TIG焊）是一种高质量、高精度的焊接方法。
以下是手工钨极氩弧焊的基本操作步骤：
1. 准备工作：检查钨极是否磨损，将其磨尖并削尖，清洁钨极和焊材表面。
确保焊接区域干净。
2. 设定电流和氩气流量：根据焊接材料的类型和厚度，设置适当的电流和氩气流量。
碳钢通常需要较高的电流，而不锈钢和铝等材料需要较低的电流。
氩气流量应足够保护焊接区域和钨极。
3. 钨极准备：将磨好的钨极装入气冷或水冷钨极夹中。
确保钨极凸出约1.5倍钨极直径，使其能够适当接触焊接区域。
4. 起弧：将钨极轻轻接触焊接区域，同时按下起弧按钮或踏板。
将钨极抬起约3-4毫米并保持弧长稳定。
5. 稳定弧焊：保持适当的焊接速度，控制焊接区域的温度。
按照需要移动焊枪或焊接材料以保持恒定和合适的焊接位置。
6. 控制焊接速度：快速焊接可能导致焊缝质量下降，而过慢的焊接速度则可能导致过热和变形。
保持适当的焊接速度，使焊接区域充分融化并形成均匀的焊缝。
7. 结束焊接：焊接结束后，逐渐将焊枪抬起，同时继续焊接，直到弧熄灭。
等待焊缝冷却后，进行后续处理和清洁。
重要注意事项：
- 在手工钨极氩弧焊时，保持焊接区域干净，并确保周围环境有良好通风，以防止有毒气体的积聚。
- 需要根据确切的应用要求和材料类型选择合适的钨极和焊接电流。
- 注意安全操作，例如佩戴防护眼镜、手套和防火衣，并避免将赤裸皮肤暴露在焊接辐射和飞溅金属上。
为了确保高质量的焊接，请参考相关的焊接手册或咨询专业人士。
钨极氩弧焊
钨极氩弧焊的电流种类和极性钨极氩弧焊的电流种类和极性钨极氩弧焊时，焊接电弧正、负极的导电和产热机构与电极材料的热物理性能有密切关系、从而对焊接工艺有显著影响。
下面分别讨论采用不同电流种类和极性进行钨极氩弧焊的情况。
一、直流钨极氩弧焊直流钨极氩弧焊时，电流极性没有变化，电弧连续而稳定，按电源极性的不同接法，又可将直流钨极氩弧焊分为直流正极性法和直流反极性法两种方法。
1．直流正极性法直流正极性法焊接时，焊件接电源正极，钨极接电源负极。
由于钨极熔点很高，热发射能力强，电弧中带电粒子绝大多数是从钨极上以热发射形式产生的电子。
这些电子撞击焊件（负极），释放出全部动能和位能（逸出功），产生大量热能加热焊件，从而形成深而窄的焊缝。
该法生产率高，焊件收缩应力和变形小。
另一方面，由于钨极上接受正离子撞击时放出的能量比较小，而且由于钨极在发射电子时需要付出大量的逸出功，所以钨极上总的产热量比较小，因而钨极不易过热，烧损少；对于同一焊接电流可以采用直径较小的钨极。
再者，由于钨极热发射能力强，采用小直径钨棒时，电流密度大，有利于电弧稳定。
综上所述，直流正极性有如下特点：1）熔池深而窄，焊接生产率高，焊件的收缩应力和变形都小。
2）钨极许用电流大，寿命长。
3）电弧引燃容易，燃烧稳定。
总之，直流正极性优点较多，所以除铝、镁及其合金的焊接以外，钨极氩弧焊一般都采用直流正极性焊接。
2．直流反极性法直流反极性时焊件接电源负极，钨极接正极。
这时焊件和钨极的导电和产热情况与直流正极性时相反。
由于焊件一般熔点较低，电子发射比较困难，往往只能在焊件表面温度较高的阴极斑点处发射电子，而阴极斑点总是出现在电子逸出功较低的氧化膜处。
当阴极斑点受到弧柱中来的正离子流的强烈撞击时，温度很高，氧化膜很快被汽化破碎，显露出纯洁的焊件金属表面，电子发射条件也由此变差。
这时阴极斑点就会自动转移到附近有氧化膜存在的地方，如此下去，就会把焊件焊接区表面的氧化膜清除掉，这种现象称为阴极破碎（或称阴极雾化）现象。
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铝
钨
钍钨(+ThO2)
铈钨(CeO)
3.95eV
4.31-5.16
2.63
1.36
纯钨的逸出电压较大，引弧性能不好，但由于可达到很高的 温度，稳弧好。
•纯钨 WP: •钍钨 WT: • 铈钨 WC:
•镧钨 WL:
钨极气体保护焊的焊接材料主要有：保护气体、填充金属和电极 材料等
一、保护气体 一）选用的气体 TIG焊一般采用氩气、氦气、氩氦混合气体或氩氢混合气体作为 保护气体。
•氩气
应用最多的气体，电弧稳定 ，引弧特性好、 焊缝成形好
•氦气
热传导性能比氩气好,能实现更快的焊接速度, 焊铝时气孔更少；熔深和熔宽增加
时增大保护气体的流量；侧向风较大时，必须采取防风措施。
2) 对工件清理要求较高
由于采用惰性气体进行保护，无冶金脱氧或去氢作用，为 了避免气孔、裂纹等缺陷，焊前必须严格去除工件上的油 污、铁锈等。
3) 生产率低
由于钨极的载流能力有限，致使TIG焊的熔透能力较低， 焊接速度小，焊接生产率低。
§6-2 钨极氩弧焊的焊接材料
2) 焊接质量好 氩气是一种惰性气体，它既不溶于液态金属，又不与金属起任何 化学反应；而且氩的原子量较大，有利于形成良好的气流隔离层， 有效地阻止氧、氮等侵入焊缝金属。
3) 适于薄板焊接、全位置焊接以及不加衬垫的单面焊双面成形 工艺
用几安培的小电流，钨极氩弧仍能稳定燃烧，而且热量相对较 集中，因此可焊接0.3毫米的薄板；
焊接方法与设备
第六章 钨极氩弧焊
基本原理
一、基本要求 1、了解钨极氩弧焊的特点及应用 2、了解气体保护的特点及钨极氩弧焊焊枪的结构特点 3、掌握钨极氩弧焊几种主要工艺的特点及工艺参数的选 择原则 4、掌握脉冲钨极氩弧焊的工艺特点 5、掌握钨极氩弧焊的引弧方式及特点 6、了解交流钨极氩弧焊易出现的问题及解决方法
直流焊时引弧相对较差, 易形成光滑 的球端，电流负载能力低、寿命短
引弧非常容易, 更高的负载能力，但稍 带放射性
性能优于钍钨：无放射性；寿命长；载 流能力大（高5-8%）；阴极电压低、电 弧稳定。
比钍钨或铈钨有更长的使用寿命， 但引弧性能不好。
三）钨极形状 小电流：锥形，电弧易于引燃，电弧集中，熔深大。 大电流：锥台形 交流：球形
• 低碳钢及低合金高强度钢： 一般按照等强度原则选择 焊接用钢丝；
• 铜、铝、不锈钢： 一般按照等成分原则选择熔化极气体保护焊焊丝。
• 焊接异种钢时： 如果两种钢的组织不同，则选用焊丝时应考虑抗裂性 及碳的扩散问题； 如果两种钢的组织相同，而机械性能不同，则最好选 用成分介于两者之间的焊丝。
§6-3 电流种类及极性
DC 小电流
DC大电流
AC
dw
l =(2~4) dw
dp=(1/3~1/4) dw
三）、填充金属 采用TIG焊焊接厚板时，需要开V形坡口，并添加必要的填 充金属。填充金属的主要作用是填满坡口，并调整焊缝成分 ，改善焊缝性能。 目前我国尚无专用TIG焊丝标准，一般选用熔化极气体保 护焊用焊丝或焊接用钢丝。选用原则：
二）、电极材料
TIG焊电极的作用是导通电流、引燃电弧并维持电弧稳定燃烧。 要求：
1） 由于焊接过程中要求电极不熔化，因此电极必须具有高 的熔点，钨的熔点为3380°C以上，可满足要求。
损耗：正常 - 氧化、蒸发
异常：短路时，特别是与熔池短路时
2） 电流容量大：即一定直径的钨极允许通过的最大电流。 允许过的电 流是有限的，过大则钨极熔化。形成熔球 ，电弧漂移。
DC -
DC+
AC
一、直流正接
•
工件接正极，钨棒接负极
特点：
1）电流容量大 由于钨极（通常为铈钨极或钍钨极）的 电子逸出功较小，电子热发射能力强，对电极
有冷却作用，因此，较小直径的钨棒就可承载较大的电流。
2）与直流反接相比，在同样的焊接电流下，直流正接可 采用较小直径的钨棒，这样就使电流密度增大，从而 提高了电弧稳定性，
4) 焊接过程易于实现自动化
TIG焊的电弧是明弧，焊接过程参数稳定，易于检测及控制， 是理想的自动化乃至机器人化的焊接方法。
5）焊缝区无熔渣，焊工可清除地看到熔池和焊缝成形过程。
2、TIG焊具有以下缺点：
Байду номын сангаас
1) 抗风能力差
TIG焊利用气体进行保护，抗侧向
风的能力较差。侧向风较小时，可降低喷嘴至工件的距离，同
3）在工件上形成窄而深的熔池。
4）无破碎工件氧化膜的作用。
实际生产中这种接法广泛用于除铝、镁及其合金以外的其它金属 的焊接。
（二）焊枪中喷出的气体流态
喷出的气体之流态决定了保护效果，由于焊枪不可能做得很长，因此不 可能为全部层流。只有近壁部分层流。改进措施：
1） 焊枪结构中加节流装置，减小喷嘴入口气流的紊乱程度，建立起 较厚的层流。
2） 改善喷嘴内气流通道的形状。
（二）焊枪的结构 作用： 导通电流
提供保护气体 固定钨极 1、气体镇静室 从焊枪的进气口导喷嘴入口：使进入焊枪的气体沿径向均匀化。 2、节流装置 铜网或金属孔板，使气体的流速变低，紊乱程度降低，便于建 立较厚的层流。 3、喷嘴 形状及尺寸影响大 圆柱形最后，收敛形稍差。 喷嘴长度： 内壁光滑、出口边缘成直角。
三、重点 1、钨极氩弧焊的工艺特点及工艺参数的选择原则 3、脉冲钨极氩弧焊的工艺特点 4、钨极氩弧焊的引弧方式
§6-1 钨极气体保护焊的特点及应用
一） 钨极气体保护焊的特点 （一）特点 1、TIG焊具有以下优点： 1) 焊接过程稳定
• 氩气是单原子分子、不分解、热导率很小，因此，电弧的 热量损失少，电弧一旦引燃，就能够稳定 燃 烧； • 钨棒本身不会产生熔滴过渡，弧长变化较少，也有助于电 弧的稳定燃烧。
二）气体保护效果
取决与流体流态和流量
1、气体的流态
层流： 管子中的气体呈层状或束流状运动，各个质点的运动方向均沿 着轴向，相互之间不干扰或混杂。
紊流：气体在管内流动时，气体质点之间相互干扰或混杂，内部有许多 旋涡。
流态取决于雷诺系数
R d p
d – 管子直径
p – 气体速度
- 流体的粘滞系数 R小于或等于2300时为层流（R >2300时为紊流） 。 即使满足上述条件管子两端不是纯层流。离开两端（40-50） d才能变为层流