鎢極氬弧焊焊接工藝

1、 鎢極氬弧焊一般情況下，都采用直流正極性，而對(duì)Al Mg及其合金則選用交流焊接為好，薄板時(shí)，亦可采用直流反接。 一、直流鎢極氬弧焊 直流鎢極氬弧焊沒有極性變化，電弧燃燒很穩(wěn)定，當(dāng)采用直流正極性時(shí)，鎢極是陰極，鎢極的溶點(diǎn)高，在高溫時(shí)電子發(fā)射能力強(qiáng)，電弧燃燒穩(wěn)定性更好。 1.直流反接 特點(diǎn)：W極受熱大。 工件為陰極，溶點(diǎn)低，且面積大發(fā)射電子能力弱，電弧穩(wěn)定性差。 具有陰極破碎作用。 直流反極性時(shí)，陰極斑點(diǎn)有自動(dòng)尋找氧化膜的性質(zhì)，這是因?yàn)榻饘傺趸ひ莩龉π?，容易發(fā)射電子，所以氧化膜上容易形成陰極斑點(diǎn)并產(chǎn)生電弧。 陰極破碎作用實(shí)質(zhì)：陰極斑點(diǎn)的能量密度高，被質(zhì)量很大的正離子撞擊，致使氧化膜破碎。 但是，

2、直流反極性時(shí)，電子轟擊鎢極，放出大量的熱量。TIG焊時(shí)。陽(yáng)極熱量多于陰極熱量，反極性的熱作用對(duì)焊接時(shí)不利的，放出的熱量很容易使鎢極過熱熔化，同時(shí)，由于在焊件上放出的能量不夠，焊縫熔深淺寬，生產(chǎn)率低。而且只能焊接小于3mm的薄板。 所以，鎢極氬弧焊中直流反接除焊接Al、Mg等薄板外很少采用。 2.直流正極性 直流正極性沒有陰極破碎的特點(diǎn)，因?yàn)椋宏?yáng)極斑點(diǎn)的密度為200A/cm2，而陰極斑點(diǎn)的電流密度為106 A/cm2，陽(yáng)極斑點(diǎn)的能量比陰極斑點(diǎn)的能量小幾百倍；同時(shí)，陽(yáng)極只受到質(zhì)量很小的電子撞擊。所以，陽(yáng)極沒有去除氧化膜的作用。 采用直流正極性有下列優(yōu)點(diǎn)： 工件為陽(yáng)極，工件接受電子轟擊放出的全部能量

3、，產(chǎn)生大量的熱，因此熔池深而窄，生產(chǎn)率高，工件的收縮變形都小。 鎢極不易過熱，鎢極接收正離子轟擊時(shí)放出的能量小，發(fā)射電子付出大量的逸出功。 鎢棒的熱發(fā)射能力很強(qiáng)，當(dāng)采用小直徑鎢棒時(shí)，電流密度大，有利于電弧穩(wěn)定，電弧穩(wěn)定性比反極性好。 所以，除焊接Al、Mg等合金外一般都采用直流正接。 二、交流鎢極氬弧焊 焊接Al、Mg合金一般都用交流電，這樣交流負(fù)極性的半波里，陰極有去除氧化膜的作用，它可以清除熔池表面的氧化膜。正極性的半波里，鎢極得到冷卻，同時(shí)又發(fā)射足夠的電子，有利于電弧穩(wěn)定。 但交流電源也存在如下問題：1.直流分量，2.交流電弧的穩(wěn)弧措施。 1.直流分量 在交流電弧的情況下，由于電極和母材

4、的電熱物理性能以及幾何尺寸等方面存在差異，造成了交流電兩半周中的弧柱導(dǎo)電率、電場(chǎng)強(qiáng)度和電弧電壓不對(duì)稱，如圖63所示。 正半周內(nèi)，鎢極為陰極，弧柱電導(dǎo)率高，電場(chǎng)強(qiáng)度小，電弧電壓低而電流大，而母材的情況剛好相反，電場(chǎng)強(qiáng)度大而電流小，造成正負(fù)半周內(nèi)電流、弧壓不對(duì)稱。 危害 a.使陰極去除氧化膜的作用減弱。 b.直流磁通疊加在原來的交變磁通上，使鐵芯在一個(gè)方向上可能達(dá)到磁飽和狀態(tài)，導(dǎo)致變壓器的激磁電流大大增加，導(dǎo)致變壓器鐵損、銅損增大，效率降低，溫度升高。另一方面使焊接電流的波形嚴(yán)重畸變。 消除措施 a.在焊接回路中串接一蓄電池組，如圖64 a； b.在焊接回路中接入電阻和二極管如圖64b ； c.在

5、焊接回路中串接電容如圖64 c。2.引弧和穩(wěn)弧措施 交流電弧穩(wěn)定性差，且鎢極氬弧焊負(fù)半周時(shí)引弧更困難，解決的辦法有： 提高焊接電源的空載電壓 穩(wěn)弧效果好，但變壓器的容量增大很多，功率因素降低，成本高，也不安全。 采用高頻振蕩器 高頻振蕩器電路如圖65所示。實(shí)際上它是一個(gè)LC振蕩器，它由升壓變壓器T1，火花氣隙放電器P、振蕩電容Ck、高頻輸出變壓器T2等組成。T1的二次電壓為25003000V，當(dāng)它對(duì)CK充電時(shí)，將導(dǎo)致間隙為01一10mm的P擊穿而產(chǎn)生火花放電，這時(shí)Ck和T2電感線圈Lk構(gòu)成的振蕩電路被P短路。 P被擊穿時(shí)，T1二次繞組即被短接。為保護(hù)T1不致?lián)p壞，T1設(shè)計(jì)成高漏抗變壓器。此外，

6、C為保護(hù)電容， S為門開關(guān)，都是為了防護(hù)操作者觸及2500-3000V工頻高壓造成人身傷害。 用脈沖引弧、穩(wěn)弧 它可以與高頻振蕩器聯(lián)合使用，振蕩器在保證第一次引弧后即行切斷，以后用脈沖放電保證重復(fù)引燃，也可以第一次引與以后的穩(wěn)弧都用脈沖放電。一 、鎢極氬弧焊機(jī)的一般結(jié)構(gòu) TIG焊機(jī)一般結(jié)構(gòu)由焊接電源、焊炬、供氣及供水系統(tǒng)及焊接控制裝置。若是自動(dòng)焊還有送絲機(jī)構(gòu)、小車行走機(jī)構(gòu)。 （一）焊接電源 TIG焊機(jī)采用直流、交流或交直流兩用電源，鋁及鋁合金用交流電，若進(jìn)行不銹鋼等金屬的焊接，則用直流正接。 鎢極氬弧焊機(jī)，無論是直流還是交流都采用陡降外特性或垂直外特性，弧長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)，引起電流變化極小。 （二

7、）供氣及供水系統(tǒng)1.供氣系統(tǒng) 主要由氬氣瓶、減壓器、流量計(jì)及電磁氣閥等組成。2.焊炬結(jié)構(gòu)及氣體保護(hù)效果1）氣體保護(hù)效果 氣體保護(hù)焊時(shí)，要達(dá)到保護(hù)的效果，即要求氣體從噴嘴噴出后能排除空氣，那么，保護(hù)氣體要有合適的流態(tài)。 流體有兩種流態(tài)：一種是層流；一種是紊流。 保護(hù)氣體的保護(hù)作用主要是依靠噴嘴外端近壁層流層的作用，猶如保護(hù)膜一樣，包圍著氬氣流，近壁層流層越厚，其保持穩(wěn)定氣層的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，保護(hù)效果越好。2）焊炬及噴嘴的結(jié)構(gòu) TIG焊焊炬的作用在于夾持電極、導(dǎo)電、輸送保護(hù)氣體。焊炬一般可分為大、中、小型三種，小型的最大電流可為100A，不用水冷，大型的可為400600A，采用水冷。 焊槍的結(jié)構(gòu)一般可分

8、為兩大部分：氣體鎮(zhèn)靜寶和氣體噴嘴。a.氣體鎮(zhèn)靜室 從焊槍進(jìn)氣口到噴嘴入口的部分，其作用是將進(jìn)入焊槍的氣體氣流的壓力、流速沿內(nèi)腔截面均勻化。一般在鎮(zhèn)靜室下面裝設(shè)節(jié)流裝置，常用的有鋼絲網(wǎng)或金屬隔板也可用耐熱透氣塑料或纖維填料等。b.噴嘴 噴嘴的結(jié)構(gòu)形式、尺寸對(duì)噴嘴氣體的流態(tài)及保護(hù)效果有很大的影響，經(jīng)過鎮(zhèn)靜室的氣流，能否在噴嘴內(nèi)形成近壁層流，取決于噴嘴形狀和尺寸。 實(shí)驗(yàn)證明：圓柱形噴嘴保護(hù)效果好，圓錐形的噴嘴由于出口處截面減小，氣流速度變快，這是氣流的挺度雖好一些，但容易造成紊流，故保護(hù)效果較差，但這種噴嘴操作方便，熔池可見性好，生產(chǎn)中常用。噴嘴的長(zhǎng)度越長(zhǎng)保護(hù)效果越好，但由于使用不方便，很少采用。3

9、.供水系統(tǒng) 主要用來冷卻焊接電纜、焊炬、鎢棒等。 （三）焊接程序控制 TIG焊工藝需要在焊接過程中實(shí)現(xiàn)下列程序控制：1.提前送氣和滯后停氣，以保護(hù)鎢極及引弧、熄弧處的焊縫。2.自動(dòng)控制引弧器、穩(wěn)弧器的動(dòng)作和切除。3.能自動(dòng)接通和切斷焊接電源。4.焊接電流能自動(dòng)衰減，尤其是焊接環(huán)縫或裂縫敏感性強(qiáng)的材料。 二.NSA5001型交流手工鎢極氬弧焊機(jī) （一）特點(diǎn)： 額定焊接電流為500A，采用陡降外特性，空載電壓為80V和88V兩檔，可通過500、380和150A焊接電流。 （二）工作原理 1.焊接主回路 1）電源 NSA5001型焊機(jī)主要用來焊接Al、Mg及其合金，選用BX31500型交流弧焊機(jī)，采

10、用陡降外特性。2）消除直流分量電路 由隔直流電容、二極管、電阻組成。3）高壓脈沖旁路 高壓脈沖旁路由二極管、電阻和電容組成。其作用是避免高壓脈沖電流通過焊接回路造成對(duì)電源設(shè)備的損壞以及脈沖損耗。 2.脈沖引弧與脈沖穩(wěn)弧電路 圖66所示的為兩種晶閘管脈沖引弧及穩(wěn)弧電路，其中圖a為并聯(lián)式，依靠串聯(lián)在焊接回路中的脈沖變壓器T2獲得焊件將成為陰極前電流過零點(diǎn)時(shí)使VT觸發(fā)的同步觸發(fā)信號(hào)，在這之前被充電的C1兩端電壓經(jīng)VT放電產(chǎn)生所需之穩(wěn)弧脈沖，脈沖幅值降取決于T1的二次電壓及R2大小。而R1則應(yīng)保證C1在小于時(shí)間內(nèi)充完電。 圖b為串聯(lián)式晶閘管脈沖引弧及穩(wěn)弧電路。若T1二次邊為800V，C1可充電至110

11、0V，當(dāng)VT1,VT2導(dǎo)通時(shí)利用1：4的T2升壓可在其兩次邊形成23KV高壓脈沖，這種電路在NSA4001型手工鎢極氬弧焊中采用，為了有效的利用這一高壓脈沖引弧和熄弧，觸發(fā)控制電路應(yīng)使VT1,VT2在焊件為陰極且電壓最大時(shí)觸發(fā)引弧，然后在焊件成為陰極時(shí)在次觸發(fā)以產(chǎn)生穩(wěn)弧脈沖。2）引弧脈沖和穩(wěn)弧脈沖的相位要求 一般的氬弧焊機(jī)引弧和穩(wěn)弧脈沖是由同一個(gè)電路提供的，但是兩個(gè)脈沖由不同觸發(fā)電路控制的，不僅兩者在相位上不一樣而且兩者不能共存，即在引弧之前只產(chǎn)生引弧脈沖，而當(dāng)電弧引燃之后，則只產(chǎn)生穩(wěn)弧脈沖。 3焊接程序控制 NSA5001型焊機(jī)是用簡(jiǎn)單的電容充放電延時(shí)電路來控制氣體的提前或滯后，其他程序是由

12、繼電器來控制的，沒有電流衰減裝配。 一、 熔化極氬弧焊的特點(diǎn) 1)熔化極氬弧焊采用焊絲作電極，電流密度可大大提高。因而母材熔深大、焊絲熔化速度快、比TIG焊具有更高的生產(chǎn)率，適用于中等厚度和大厚度板材的焊接。 2)采用惰性氣體保護(hù)，電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴過渡平穩(wěn)，無激烈飛濺，焊接質(zhì)量好。 3)和TIG焊一樣，幾乎可焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金，銅及銅合金以及不銹鋼等材料。 4)熔化極氬弧焊焊接鋁及鋁合金時(shí)，一般采用直流反接，具有良好的陰極霧化作用?？蓪?shí)現(xiàn)亞射流過渡，其電弧具有很強(qiáng)的固有自調(diào)節(jié)作用。二 熔化極氬弧焊的應(yīng)用 根據(jù)采用保護(hù)氣體的類型，熔化極氬弧焊分為MG焊和MAG焊。以Ar或

13、Ar+He作保護(hù)氣體時(shí)稱為MIG焊，主要用于焊接鋁及鋁合金。而用Ar與少量氧化性氣體混合作為保護(hù)氣體時(shí)，如Ar+O2、Ar+CO2或Ar+CO2+O2稱為MAG焊，主要用于焊接各種鋼材。 熔化極氬弧焊的熔滴過渡主要采用連續(xù)噴射過渡、脈沖噴射過渡和短路過渡這幾種形式。 焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： 1.噴射過渡焊接時(shí)，Ua應(yīng)選擇稍低一點(diǎn)，使電弧略帶輕微爆聲，此時(shí)熔低形式屬于噴射過渡中的射滴過渡。 2.在中等電流范圍內(nèi)，可將弧長(zhǎng)控制在噴射過渡區(qū)與短路過渡區(qū)之間，進(jìn)行亞射流電弧焊接，特別在焊接Al及Al合金時(shí)。 亞射流電弧的弧長(zhǎng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為：等速送絲焊機(jī)匹配恒流特性電源。 如圖68，當(dāng)弧長(zhǎng)由l0 變

14、為 l1時(shí)，工作點(diǎn)由O變?yōu)镺1，圖中CC是電源外特性，因是恒流，弧壓增大，弧長(zhǎng)增加，熔化速度減小。V 熔 Vf ， O1回到O點(diǎn)。 用亞射流焊鋁有以下優(yōu)點(diǎn)： 1)與射流電弧相比，出于弧長(zhǎng)減小，電弧呈碟形，所以陰極霧化區(qū)大，降低了鋁及鋁合金焊接時(shí)的焊縫起皺及形成黑粉的傾向。 2)采用恒流外特性電源，當(dāng)弧長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，焊接電流始終不變。因此焊縫成形比較均勻。 3)射流電弧焊縫的熔深為“指形”，而亞射流電弧為“碗形”，避免了指形熔深引起的熔透不足等缺陷。 采用亞射流過渡電弧焊接時(shí)，弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍不寬(例如16mm鋁焊絲，在Ar氣中弧長(zhǎng)約28mm)。對(duì)于一定的焊接電流，最佳送絲速度范圍較窄，如圖

15、69所示。送絲速度過小，易引起焊絲回?zé)?；送絲速度過大，又會(huì)使焊絲粘著在焊件上。因此，采用普通的等速送絲焊機(jī)是很難用亞射流過渡電弧來進(jìn)行焊接，要求焊機(jī)必須帶有特殊的控制系統(tǒng)，即送絲速度與焊接電流同步控制系統(tǒng)，以保證電弧在圖69中陰影部分的中心線上燃燒。 3.粗絲大電流MIG焊方法 在平焊厚板時(shí)，具有熔深大，生產(chǎn)效率高，缺陷少，變形小等優(yōu)點(diǎn)。但由于熔池尺寸大，為加強(qiáng)對(duì)熔池的保護(hù)通常采用雙層保護(hù)焊槍，這樣即擴(kuò)大了保護(hù)區(qū)域又改善了熔深形狀。電流比較大時(shí)，為保護(hù)熔池后面的焊道，還需要在雙層噴嘴后面再安裝附加噴嘴。 三 保護(hù)氣體的選擇 通常熔化極氬弧焊時(shí)，應(yīng)用各種混合氣體的目的是：可以控制焊接電弧的形態(tài)和

16、能量密度、提高電弧燃燒及熔滴過渡的穩(wěn)定性、穩(wěn)定陰極斑點(diǎn)、改善焊縫成形、減少焊接缺陷、提高焊縫接頭的綜合性能、增大電弧的熱功率等。 下面是較為典型和常用的混合氣體：1 Ar+O2 純 Ar焊接不銹鋼等材料時(shí)，存在以下一些問題： l）液體金屬的粘度及表面張力較大，易產(chǎn)生氣孔。焊縫金屬潤(rùn)濕性差，焊縫兩側(cè)易形成咬肉等缺陷。 2)電弧陰極斑點(diǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生所謂陰極飄移現(xiàn)象。電弧根部這種不穩(wěn)定，會(huì)引起焊縫熔深及焊縫成形的不規(guī)則。3）容易產(chǎn)生指狀熔深，容易產(chǎn)生氣孔及未焊透現(xiàn)象等。 實(shí)踐證明，在Ar中加入甚至1%的O2，便可有效地克服陰極斑點(diǎn)飄移現(xiàn)象。 在混合氣體中加入20%左右O2后可提高電弧溫度，從而提高生

17、產(chǎn)率。其接頭性能，如抗氣孔性能，缺口韌性等比加20%的CO2焊接時(shí)要好，同時(shí)還可改善純氬焊接時(shí)的指狀熔深。由于這種氣體具有很強(qiáng)的氧化性，故只適于焊接低碳鋼和低合金鋼，并應(yīng)配以含Si、Mn等脫氧元素較多的焊絲。2 Ar+CO2 這種混合氣體被廣泛用來焊接碳鋼及低合金鋼。它既具有Ar弧的特點(diǎn)，如電弧燃燒穩(wěn)定、飛濺小、容易獲得軸向噴射過渡等，又克服了用單一氬氣焊接時(shí)產(chǎn)生的陰極飄移、氣孔、咬邊及焊縫成形不良等問題。 Ar與CQ的比例，通常為70一80%30一20%。這種比例即可用于噴射過渡電弧又可用于短路過渡及脈沖噴射過渡。而當(dāng)CO2含量大于30時(shí)，不能獲得噴射過渡，另外，這種氣體還可用來焊接不銹鋼，但要控制CO2的比例不超過5，否則焊縫金屬有滲碳的可能，從而降低接頭的抗腐蝕性能。 3.Ar+CO2+O2 實(shí)驗(yàn)證明：80%Ar+15%CO2+5%O2 ,混合氣體對(duì)于焊接低碳鋼、低合金鋼是最佳的，無論焊縫成形、接頭質(zhì)量還是熔滴過渡和電弧穩(wěn)定性方面都比采用其它混合氣體更好。焊縫截面如圖610所示。4.Ar+He 和Ar