第三章+钨极氩弧焊

五、高频脉冲电弧焊 脉冲为10--30KHz的高频电流能产生压缩和挺直性更好 的电弧。压缩电弧提供了集中的热源，电弧压力标志了电 弧刚性的大小。工艺特点： 1）脉冲电弧在小电流区域燃烧稳定，可焊接超薄板。 2）高频电弧在快速移动下仍有良好的挺直度。 3）高频脉冲焊形成的焊道，在焊丝填充很多时仍呈凹 形表面，对下一层的焊接无不良影响。 4）高频电流对熔池的液态金属有很强的电磁搅拌作用， 有利于细化金属晶粒、提高焊缝机械性能。
第3章 钨极氩弧焊 一、TIG或GTA焊的概念与原理 • TIG或GTA概念 • TIG或GTA原理
二、TIG焊特点及应用 TIG焊除具有气体保护焊共有的特点外，还有一些特点，其特点 和应用如下。 （1焊接范围广TIG焊几乎可焊接除熔点非常低的铅、锡以外的所 有的金属和合金，特别适宜焊接化学性质活泼的金属和合金。常用 于铝、镁、钦、铜及其合金和不锈钢、耐热钢等材料的焊接。 （2) 适应能力强采用氩气保护无熔渣，填充焊丝不通过电流不产生 飞溅，焊缝成形美观。电弧稳定性好，即使在很小的电流下仍能稳 定燃烧。 （3）焊接效率低 由于用钨作电极，承载电流能力较差，焊缝易受 钨的污染。因而TIG焊使用电流较小，电弧功率较低，焊缝熔深浅， 熔敷速度小，仅适用于焊件厚度小于6m。的焊件焊接，且大多采 用手工焊，焊接效率低。 (4) 焊接成本较高由于使用氢气等惰性气体，焊接成本高，常用 于质量要求较高焊缝及难焊金属的焊接.
钨极直径要根据电流大小和极性来选择。同一直径下， 直流反极性和交流焊接时的许用电流小于直流正极性时的 电流。是由于钨极作为阳极比作为阴极得到的热量要大。 实际焊接时电极烧断前其前端产生的熔化、变形等，使电 极的形态和焊接熔深出现变化，同时由于电极本身的电阻 热使电极最大许用电流值降低，因此要选用有富裕的电极 直径。 钨电极的许用电流值如下表：
第二节TIG焊中的电极材料
•一、电极材料的性能要求 在非熔化极电弧焊中，电弧放电中的钨极对电极材料 的损耗、电弧的稳定性、焊接质量都有很大影响，因此电极 要具有以下几方面的性质。 1）电弧易引燃，电弧产生在电极前端，不出现阴极 斑点的上爬。 2）工作中产生的熔化变形及损耗对电弧特性影响不 大。 3）电弧稳定性好。 常用材料有纯钨极、铈钨极、钍钨极和针钨极等，其 熔点均在3400度以上，且逸出功较小具有很强的电子发射能 力。
二、直流反极性接法（实际一般不用）工件接负极，钨接正 极性 1） 电弧具有“阴极清理作用”，能去除工件表面的氧化膜。 实际生产中，这种接法仅用于焊接铝、镁及其合金的薄板。 2） 钨极的载流能力较小，同样电流需使用较大直径的钨极。 电弧不够稳定。 3） 电子从工件的熔池表面产生，经过电弧加速撞向电极， 使钨极易因过热而烧损。
焊接电流/A 钨极直径/mm W 交流 ThW 直流正极性 W,ThW 直流反极性 W,ThW
0.5
1.0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4
5--15
10--60 50--100 100--160 150--210 200--275 250--350 325--475
5--80
15--80 70--150 140--235 225--325 300--425 400--525 500--700
四、低频脉冲氩弧焊 钨极氩弧焊一般采用低频频率进行焊接，由于其电流变 化频率低，对电弧形态上的变化有直观的感觉，即电弧有 低频闪烁现象。控制脉冲频率和焊接速度及其他焊接参数， 可以保证焊缝良好的致密度。 其工艺特点为： 1）电弧线能量低，对于同等厚度的工件，可采用较小的 平均电流密度进行焊接，获得较低的电弧线能量，可焊接 薄板或超薄件。 2）便于控制焊缝成形，能够控制熔池尺寸使熔化金属在 任何位置不至于因重力而流淌，很好的实现全面焊和单面 焊双面成型。 3）易于焊难焊金属，脉冲电流产生更高的电弧温度和电 弧力，时难熔金属迅速熔化。
二、TIG焊的焊接工艺参数 1.电源种类和极性 2.钨极径及端部形状 钨极直径主要按焊件厚度、焊接电流、电源极性来选择
3.捍接电流 焊接电流主要根据焊件厚度、钨极直径和焊缝空间位置来选择， 过大或过小的焊接电流都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。 4. 氩气流量和喷嘴直径 对于一定孔径的喷嘴，选用的氩气气流量要适当，如果流量过大， 不仅浪费，而且容易形成紊流，使空气卷人，对焊接区的保护作用 不利，同时带走电弧区的热量多，影响电弧稳定燃烧。而流量过小 也不好，气流挺度差，容易受到外界气流的干扰，以致降低气体保 护效果。通常缸气流量在3～20L/min范围内。一般喷嘴直径随着 氢气流量的增加而增加，通常为5～14mm 5.焊接速度 在一定的钨极直径、焊接电流和斌气流量条件下，焊速过快，会 使保护气流偏离钨极与熔池。影响气体保护效果，易产生未焊透等 缺陷。焊速过慢时，焊缝易咬边和烧穿.因此，应选择合适的焊接 速度。焊接速度对氢气保护效果的影响。
各工艺参数的配比值如表：
第五节 TIG焊焊接技术
• 钨极氩弧焊主要包括A-TIG焊接技术、热丝法焊接、单电 源型双面双弧焊、空心阴极真空电弧焊接技术、自动焊弧 长调节技术等，为了提高焊接质量获得良好的焊缝还可使 用提高焊接速度、增加焊接熔深、摆动电弧等技术。
1、热丝焊接法
热丝焊接法的工作原理
• 填充焊丝在进入熔池之前约10cm处开始，由加热电源通过导电块对其 通电，依靠电阻热将焊丝加热至预定温度，与钨极成40°～ 60°角， 从电弧后面送入熔池，这样熔敷速度可比通常所用的冷丝提高2 倍。 • 热丝钨极氩弧焊时，由于流过焊丝的电流所产生磁场的影响，电 弧产生磁偏吹而沿焊缝作纵向偏摆。为此，用交流电源加热填充焊丝， 以减少磁偏吹。在这种情况下，当加热电流不超过焊接电流的 60％ 时，电弧摆动的幅度被限制在 30°左右。为了使焊丝加热电流不超 过焊接电流的 60 ％，通常焊丝最大直径限为1.2mm 。如焊丝过粗， 由于电阻小，需增加加热电流，这对防止磁偏吹是不利的。 • 热丝焊接已成功用于碳钢、低合金钢、不锈钢、镍和钛等。对于 铝和铜，由于电阻率小，要求很大的加热电流，从而造成过大的电弧 磁偏吹和熔化不均匀，所以不推荐热丝焊接。
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。
5--20
15--80 75--150 150--250 250--400 400--500 500--800 800--1100
--10--20 15--30 25--40 40--55 55--80 80--125
第三节 焊接方法
TIG焊可用不同的电流种类和极性进行焊接，各有不同的特 点和适用场合。 一、直流正接即工件接正极，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。 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。
三、TIG焊优缺点
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）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。
三、交流TIG焊的特点 交流TIG焊的焊接电弧的极性发生周期性变化，因此，工 艺上兼有直流正接及直流反接的特点。 1） 负半波时，氩弧对工件产生阴极雾化作用； 2） 在交流正半波时，电弧的热量主要集中于工件上，不 但使钨极得以冷却，还使焊缝得到足够的熔深。 交流TIG焊广泛用于铝、镁及其合金的焊接，但交流TIG 焊存在电弧不稳及直流分量等问题，因此在焊接设备 上 应采取专门的措施予以解决。
6.电弧电压 电弧电压增加，焊缝厚度减小，熔宽显著增加;随着电弧电压的 增加之变差。当电弧电压过高时，易产生未焊透、焊缝被氧化和气 孔等缺陷。因此，应尽量采用短弧焊，一般为10～24v 7.焊嘴与焊件的距离 喷嘴与焊件间的距离以5 ---15mm为宜。距离过大，气体保 护效果差;距离过小，虽对气体保护有利，但能观察的范围和保 护区域变小。 8.钨极伸出长度 为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部应突出喷嘴以外，其伸出长 度对接焊时一般为3 ～6mm，角焊缝时为7～ 8mm。伸出长度过 小，焊工不便于观察熔化况，对操作不利;伸出长度过大，气体 保护效果会受到一定的影响
4、锆钨电极
锆钨电极在电弧中烧损小，在交流条件下，焊接性能良 好，尤其在高负载电流情况下，其优越性事其它电极代替 不了的。 锆钨电极通常烧结成棒材，然后对其表面进行打磨， 具有适当的硬度、均匀性和清洁的表面，目前是最受欢迎 的焊接棒材。
三、钨极直径和前端形状 1、直流正极焊时，电极端部角度为30--50度，电弧向母材 的吹力最强，适于焊接电流200A以下的焊接。 2、焊接电流超过200A时，电极前端处于高温中，同时由于 电弧吹力增强，电极前端会呈伞型，虽可以继续焊接但焊 后应重新打磨。 3、电流超过250A时，电极前端会熔化损失，因此焊前要把 电极前端磨出一定尺寸的平台。 4、直流反接和交流电焊接时，电弧对电极的热输入大于直 流正极性的情况，同时电流也不集中于阳极的某一区域， 这时应把电极前端磨成半球状。