TIG鎢極跟電流關系總結.ppt

1、鎢極惰性氣體保護焊（TIG）,本章重點：TIG焊的焊材：電極、焊絲； TIG焊工藝； 脈沖TIG焊 本章難點： 交流TIG焊； TIG焊工藝（尤脈沖焊工藝） 學習建議： 應把TIG焊與其它焊接方法的特點進行對比，以促進理解、把握關鍵；課本的內(nèi)容不夠完善，應注意所補充的有關電極、工藝措施、脈沖TIG焊等有關內(nèi)容；通過練習制訂相應的焊接工藝等實踐環(huán)節(jié)來培養(yǎng)和提高工藝能力和經(jīng)驗。,第一節(jié)TIG焊的特點及應用,幾個概念： 鎢極惰性氣體保護電弧焊（tungsten inert-gas arc welding）使用純鎢或活化鎢（釷鎢、鈰鎢等）作為電極的惰性氣體保護電弧焊，簡稱TIG焊, GB/T5185-

2、1985的標注代號是141。 鎢極氣體保護電弧焊GTAW（gas tungsten arc welding） 鎢極氬弧焊argon tungsten arc welding（141） 氬弧焊 argon arc welding 背景：1930s，航空工業(yè)的大發(fā)展提出有色金屬的焊接要求，而MMA和SAW不能很好地解決這個問題（此前有原子氫焊，但氫危險且焊鋼時有焊縫增氫問題）。為適應有色金屬的焊接，鎢極氬弧焊應運而生。,一、TIG焊的原理（如圖） 二、 TIG焊的特點 優(yōu)點 （1）幾乎可以焊接所有的金屬或合金 （2）焊接質(zhì)量好（焊縫純凈、成形好、熱影響區(qū)?。?（3）適于薄板及打底全位置焊（4）無飛

3、濺 缺點 焊接效率低、成本高；對焊前清理要求嚴格；需要特殊的引弧措施；紫外線強烈、臭氧濃度高；抗風能力差。,焊接過程動畫,三、 TIG焊的應用 材料：多用于有色金屬及其合金 厚度：多用于薄件（從生產(chǎn)效率考慮，以3mm以下為宜） 位置：多用于打底（單面焊雙面成形），薄件及管-管、管-板也用于填充和蓋面,第二節(jié) TIG焊的電流種類和極性,TIG焊的電流種類和極性計有 直流：正接 反接 交流：正弦交流 變極性方波交流 它們各有不同的特點和適用場合，應正確選擇。 一、直流TIG焊,正接與反接 焊接效果圖,鎢極電流承載能力及陰極清理作用（陰極霧化作用）的機理 直流正、反接時帶電粒子的運動如圖：,反接時如

4、左圖，工件為陰極，正離子向工件運動。因陰極區(qū)有很高的電壓降，在電場作用下正離子高速撞擊工件（上的氧化膜），使氧化膜破碎、分解而被清理掉。又由于陰極斑點總是優(yōu)先在氧化膜處形成（那里電子逸出功低），陰極斑點又在鄰近氧化膜上發(fā)射電子，繼而氧化膜又被清除,正接時如右圖，這時電子向工件運動，雖數(shù)量多，但體積、質(zhì)量太小，不能擊碎氧化膜，沒有清理作用。但此時大量電子從鎢極上發(fā)射，帶走大量能量（對鎢極產(chǎn)生冷卻作用），所以鎢極燒損少、電流承載能力大。,但這時大量電子從工件向鎢極運動，把大量能量交給鎢極，導致其溫度升高而燒損。要避免燒損，只有減小電流?。娏鞒休d能力通常只有正接的1/10，電流太小，無實用價值。）

5、,二、交流TIG焊,變極性方波交流,i,t,應用：用于焊接鋁、鎂、鋁青銅等合金（表面易氧化、氧化膜致密）。 正半周電極燒損降低，負半周獲得陰極清理作用熔深和鎢極的電流承載能力介于DCEN與DCEP之間（左圖）。,DCEN,AC,正弦波交流,交流的電流形式,變脈寬方波交流,t,i,正弦波交流：設備簡單，但電弧穩(wěn)定性差（要有特別穩(wěn)弧措施）、有直流分量（要有特別措施消除）。 變脈寬方波交流：設備復雜，但電流參數(shù)靈活、電弧穩(wěn)定、鎢極燒損少，比正弦波交流有優(yōu)勢。 變極性方波交流：特點與變脈寬方波交流相同，但更好（因負半周電流大小對陰極清理作用影響更大）,交流TIG焊由于電弧每秒100次過零點，加上電極（

6、鎢）與焊件（鋼、鋁等）的物理性質(zhì)、體積差別巨大，導致正、負半波電流波形嚴重不對稱（正半波大、負半波?。?，帶來以下問題需要解決： 1、過零點復燃（穩(wěn)?。?解決辦法：用高壓脈沖（1500V）穩(wěn)弧 2、回路直流分量的消除 解決辦法：在回路中串接電容器（隔直傳交）,除以上的電流形式外，TIG焊還可以用脈沖電流形式（包括直流脈沖和交流脈沖，將在第五節(jié)介紹）,第三節(jié)TIG焊設備,編號方法 如WSJ-400、WSM-400、WSE-400等（各項字母的意義參見GB/T10249-1988電焊機型號編制方法）,一、分類及組成 分類（略） 組成： 電源控制系統(tǒng)引穩(wěn)弧裝置焊槍供氣系統(tǒng) （水冷系統(tǒng)）(自動焊設備還應

7、包括焊接小車和送絲裝置),（一）焊接電源 直流電源、交流電源、交直流電源均采用陡降或垂直下降外特性。陡降外特性的電源與普通電弧焊的并無多大差別，原則上可以通用。 多特性電源（我國清華大學1980s的專利） 逆變電源（發(fā)展方向）,（二）焊槍及電極 1、焊槍（編號規(guī)則見P140） 水冷焊槍QS（大電流焊接用I 100A ）如： QS-75/400 氣冷焊槍QQ（小電流焊接用I 100A）如： QQ-85/100-C 結構組成如右圖，外觀如下圖。,噴嘴內(nèi)徑DN、長度l0和鎢極直徑dw之間的關系大致為（單位mm）： DN=(2.5 3.5) dw L0=(1.4 1.6) DN+(7 9),噴嘴有陶瓷

8、、純銅、石英噴嘴。陶瓷噴嘴焊接電流不能超過350A，純銅噴嘴使用電流可達500A。常用的以陶瓷噴嘴比較多見。 各種形狀的噴嘴見右圖。,2、電極 純鎢-應用最早，適用交流焊接，綜合性能欠佳 釷鎢-傳統(tǒng)電極，綜合性能較好，國外多用，有放射性。 鈰鎢-在低電流下有優(yōu)良的起弧性能，維弧電流較小，常用于管道、不銹鋼制品和細小精致部件的焊接。放射性劑量極低，在直流小電流時，是釷鎢電極的首選替代品。 鑭鎢-焊接性能優(yōu)良，耐用電流高而燒損率低；導電性能接近于2釷鎢（無論交直流，對習慣了釷鎢的焊工，無需改變?nèi)魏魏附硬僮鞒绦蚓湍芊奖愕厥褂眠@種鎢極，以免受放射性危害）。 鋯鎢-在交流條件下，焊接性能良好，尤其在高負

9、載電流時，電極端部能保持圓球狀而減少滲鎢現(xiàn)象，并有良好的抗腐蝕性。（抗氧化性強，可用于空氣等離子弧切割） 釔鎢-焊接時弧束細長，壓縮程度大，在中、大電流時其熔深最大。目前主要用于軍事工業(yè)和航空航天工業(yè)。 復合電極-在鎢基中添加兩種（以上）稀土氧化物，全面提高電極的綜合性能。（目前未見定型產(chǎn)品，已列入國家新產(chǎn)品開發(fā)計劃，應密切關注）。 注意：不同的電極在端部有不同的顏色標記，可據(jù)此判斷電極的種類 （點擊看附表）,補充：1、鎢極的端部形狀 為適應不同場合的焊接要求，鎢極端部要磨成不同的形狀，常見的有（如圖）：（1）尖錐狀 適用于直流（正接），交流亦可 銳角（通常為30左右）尖錐狀-適用于小直徑鎢極

10、、小電流焊接的場合 鈍角尖錐狀（通常 90） -適用于大直徑鎢極、大電流焊接的場合,不同的錐角時電弧的形態(tài)和焊縫熔深見上圖。 尖錐狀的電極為防止尖端燒損，可把尖端磨成一個小平臺。（2）(半)球狀 適用于交流焊接,打磨鎢極應注意使端部形狀均勻一致、磨痕方向正確。,2、打磨鎢極的安全措施 磨削鎢極應采用密封式或抽風式砂輪機（有專用的鎢極磨尖機），焊工應帶口罩，磨削完畢，應用肥皂洗凈手臉，最好下班后淋浴。釷鎢極和鈰鎢極應放在鋁盒內(nèi)保存。 修磨鎢極的方法可參見:,威特仕（深圳）焊接有限公司 代理的鎢極磨尖機,國外的鎢極磨尖機,2、氣體 1、氬氣-應符合GBT4842-1995純氬的要求，純度99.99

11、（VV） 焊接用的氬氣常以氣態(tài)形式裝于氣瓶中。氣瓶的最高工作壓力為15MPa，瓶身涂色為灰色并注有綠色“氬”字樣。 2、氦氣-應符合GB4844.2-1995純氦的要求，純度99.99（VV）（合格品） 以上均為惰性氣體（惰性在此的意義：既不與金屬發(fā)生反應，也不溶解于液態(tài)金屬中） TIG焊既可以用純氬氣，也可以用氦氣（電弧熱量大）但價格昂貴，同時也可以用混合氣體包括惰性混合氣（如Ar-He混合氣）和活性混合氣（如Ar-CO2等）。 詳細,3、焊材 TIG焊的焊材主要為實芯焊絲（焊棒）。 （1）鋼類焊絲 可用的焊絲包括： 實芯焊絲GB/T14957-1994熔化焊用鋼絲 YB/T5092-199

12、6焊接用不銹鋼絲 GB/T8110-1995氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲 都可選用，其中GB/T8110-1995被推薦用于鎢極氣體保護電弧焊。 藥芯焊絲（包括GB/T10045-1988碳鋼藥芯焊絲和GB/T17493-1998低合金鋼藥芯焊絲） TIG焊有時也可以用藥芯焊絲（有專用的TIG焊打底用藥芯焊絲），打底時可以免去反面充氬保護。,（2）有色金屬焊絲 1、GB/T10858-1989鋁及鋁合金焊絲 2、 GB/T9460-1988銅及銅合金焊絲 3、 GB/T15620-1995鎳及鎳合金焊絲 手工TIG焊時，可以用以上的焊絲截成段，也有商品焊棒。,供氣及供水系統(tǒng) 1、供氣系統(tǒng)

13、 氣瓶（灰色）減壓流量計電磁氣閥焊槍,2、水冷系統(tǒng)（用于焊接電流150A時） 開放式（國產(chǎn)機多見，浪費水） 循環(huán)式（進口機多見，節(jié)約水）,（三）控制系統(tǒng) 控制的功能越來越復雜，不同品牌的設備其功能不盡相同，但有些功能是最基本的，如程序控制、引弧、提前送氣/滯后斷氣、電流衰減等。 控制系統(tǒng) 正向數(shù)字化方向發(fā)展。,（四）典型TIG焊設備（略）,第四節(jié)TIG焊工藝,鎢極惰性氣體保護焊通用技術要求 參見JB/T9185-1999鎢極惰性氣體保護焊工藝方法（規(guī)定了鎢極惰性氣體保護焊的接頭與坡口設計、材料、焊接工藝等） 一、坡口形式及尺寸 （可參考JB/T9185-1999 的相關內(nèi)容和GB/T985-1

14、988氣焊、焊條電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸來選定） 二、焊前清理 氬弧焊時，對材料的表面質(zhì)量要求很高，焊前必須經(jīng)過嚴格清理，清除填充焊絲及工件坡口和坡口兩側表面至少20mm范圍內(nèi)的油污、水分、灰塵、氧化膜等。 清理的辦法：（1）去處油污、灰塵-有機溶劑或專用清洗液清洗 （2）除氧化膜-機械清理或化學清理,三、TIG焊接工藝 （一）焊接工藝參數(shù)及選擇 TIG焊的焊接工藝參數(shù)主要包括：焊絲直徑、鎢極直徑、焊接電流、焊接電壓、氣體流量、（填絲速度）、（焊接速度）等。 1、鎢極直徑：根據(jù)焊接電流來選擇。以下經(jīng)驗數(shù)據(jù)可供參考：,電極頂角對熔寬的影響 （2%釷鎢電極2.4mm，弧長1.3m

15、m，氬氣流量19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm）,電極頂角對熔深的影響 （2%釷鎢電極2.4mm，弧長1.3mm，氬氣流量 19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm）,電極尖端角度的選擇可參考下表數(shù)據(jù),不同氣體鎢極端部條件下的焊縫熔深,3、焊接電流：綜合考慮材質(zhì)、板厚、焊接位置來選擇。以下是一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)可供參考。,2、焊絲直徑：約等于鎢極直徑（手工操作）或參考以下經(jīng)驗數(shù)據(jù),4、焊接電壓：通常20V（氬弧的電壓較低且TIG焊所用的電弧長度較短） 5、氣體流量：為獲得最佳的保護效果，氣體流量與噴嘴孔徑的關系有一定的規(guī)律且交流焊接比直流焊接所需的流量大。,焊

16、接速度對熔深和焊道形狀的影響 1正常焊道 2不均勻焊道 （WTh2%，3.2mm，焊接電流320A，直流正接，電弧長度2mm，為鎢極頂角角度）,焊接參數(shù)的選擇可參考下表數(shù)據(jù),焊接電流、焊接速度和焊道形狀的關系 1正常焊道 2咬邊焊道 3不均勻焊道 （母材為奧氏體不銹鋼，直流正接）,氬氣流量與保護效果的關系 1噴嘴直徑19mm ； 2噴嘴直徑13mm,氣體流量和橫風對保護效果的影響 實線層流 虛線紊流,保護氣體流量和風速的關系 （氬氣噴嘴直徑16mm，噴嘴與母材距離15mm）,（二）焊接工藝措施 1、選材：對結構鋼，按等強原則選擇焊接材料，對不銹鋼、鋁及鋁合金等則主要考慮化學成分。 焊絲的化學成

17、分應與母材的性能相匹配，嚴格控制其化學成分、純度和質(zhì)量。主要化學成分應比母材稍高，以彌補高溫的燒損。 TIG焊使用鋼焊絲時應盡量選專用焊絲,以減少主要化學成分的變化,保證焊縫一定的力學性能和熔池液態(tài)金屬的流動性,獲得良 好的焊縫成型,避免產(chǎn)生裂紋等缺陷。 TIG焊使用有色金屬焊絲焊接銅、鋁、鎂、鈦及其合金時應注意成分相符。有時可將與母材成分相同的薄板剪成小條當焊絲。,2、不銹鋼、鋁及鋁合金等打底時必須進行反面保護（常用的辦法是通氬保護，對不銹鋼也可用藥芯焊絲打底）。 3、如焊機無高頻引弧裝置，不能直接在工件上引弧，要在墊板上引弧。,對于碳鋼、低合金結構鋼的焊接，板厚3mm時，建議用其它焊接方法

18、焊接或用TIG焊打底，用其它焊接方法填充蓋面。 對于不銹鋼的焊接，如板厚3mm，建議用MMA、MAG或SAW焊接；如需打底，建議用TIG打底，其它方法填充蓋面。 對于鋁及鋁合金的焊接，薄板可用全TIG焊，中厚板建議以TIG打底，MIG填充蓋面。 打底最好用脈沖TIG焊。 附加保護的措施也可參見（P151-152）,第五節(jié)TIG焊的其它方法,一、脈沖TIG焊(argon tungsten pulsed arc welding) 使用脈沖電流（通常多用方波），分直流脈沖TIG焊和交流脈沖TIG焊。,（一）脈沖鎢極氬弧焊的特點 1、脈沖式加熱，高溫停留時間短、金屬冷凝快，易于焊接熱敏感材料； 2、熱

19、輸入小、電弧能量集中、HAZ小，利于薄板焊接； 3、可精確控制熱輸入及熔池尺寸，適于單面焊雙面成形和全位置焊； 4、高頻電弧震蕩利于細化晶粒、消除氣孔，提高接頭性能； 5、適合高速焊、提高生產(chǎn)率。 應用：一般用于打底或薄件的焊接,直流脈沖電流波形,i,t,t,i,交流脈沖電流波形,焊接過程動畫,i,t,幾個概念：周期T= tm + tj 頻率=1/T 占空比= tm /T 幅比= Im / Ij,脈沖氬弧焊參數(shù)，參數(shù)選擇原則及步驟如下： 對于一定板厚，有一個合適的通電量（Im tm）,而最佳值Im取決于材料的種類，可以近似認為與工件厚度無關（如鋼類約為150A）。所以一般步驟通常是先根據(jù)材料種

20、類選擇Im，然后以板厚決定tm。當焊薄板時，Im值應選得稍低，同時適當延長tm；焊接厚板時，Im應選得稍高，并適當縮短tm。 Ij一般為Im的10% 20%，tj為tm的1 3倍，即tj =(13) tm、 Ij = （1020）% Im。 。 幅比、占空比的值較大時，脈沖特點較顯著有利于克服熱裂紋，但過大會增加咬邊傾向。,（二）直流脈沖參數(shù)及選擇 參數(shù)：直流脈沖TIG焊的參數(shù)與普通直流TIG焊的基本相同，只是電流變?yōu)槊}沖電流（有四個基本參數(shù)，可分別獨立調(diào)節(jié)）。,脈沖電流頻率超過5KHZ電弧具有強烈的電磁收縮效果，對焊接有利。,焊接速度和脈沖頻率要相互匹配（尤自動焊），使焊點之間有一定的相互重疊量，常用頻率可參照下表，一般低于10HZ。,脈沖TIG焊參數(shù)實例（下二表，上：直流正接；下：交流）,各種材料脈沖TIG焊時脈沖電流參數(shù)的選擇,脈沖TIG焊工藝參數(shù)的確定還可以參考以下的數(shù)據(jù)。,脈沖電流和基值電流的組合 對焊縫成形的影響 I p脈沖電流 I b基值電