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1、第六章钨极惰性气体保护焊第1页，共24页，编辑于2022年，星期三6.1 TIG6.1 TIG焊原理、特点及应用焊原理、特点及应用6.1.1 TIG6.1.1 TIG焊工作原理焊工作原理图图6-1 TIG6-1 TIG焊原理焊原理11钨极钨极 22惰性气体惰性气体 33喷嘴喷嘴 44电极夹电极夹 55电弧电弧66焊缝焊缝 77熔池熔池 88母材母材 99填充焊丝填充焊丝 1010焊接电源焊接电源第2页，共24页，编辑于2022年，星期三6.1.2 TIG6.1.2 TIG焊的特点焊的特点1.1.优点：优点：（1 1）能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝）能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝。这是由
2、于电弧在。这是由于电弧在惰性气氛中极为稳定，保护气对电弧及熔池的保护很可靠，惰性气氛中极为稳定，保护气对电弧及熔池的保护很可靠，能有效地排除氧、氮、氢等气体对焊接金属的侵害。能有效地排除氧、氮、氢等气体对焊接金属的侵害。（2 2）焊接过程中钨电极是不熔化的）焊接过程中钨电极是不熔化的，故易于保持恒定的电弧，故易于保持恒定的电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝很美观、长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝很美观、平滑、均匀。平滑、均匀。（3 3）焊接电流的使用范围通常为）焊接电流的使用范围通常为5 5500A500A。即使电流小于。即使电流小于10A10A，仍能正常焊接，因此特
3、别适合于薄板焊接。如果采用脉冲仍能正常焊接，因此特别适合于薄板焊接。如果采用脉冲电流焊接，可以更方便地对焊接热输入进行调节控制。电流焊接，可以更方便地对焊接热输入进行调节控制。第3页，共24页，编辑于2022年，星期三（4 4）在薄板焊接时无需添加焊丝）在薄板焊接时无需添加焊丝。在厚板焊接时，由于填充焊。在厚板焊接时，由于填充焊丝不通过焊接电流，所以不会产生因熔滴过渡引起电弧电压和电丝不通过焊接电流，所以不会产生因熔滴过渡引起电弧电压和电流变化而产生的飞溅现象，为获得光滑的焊缝表面提供了良好条流变化而产生的飞溅现象，为获得光滑的焊缝表面提供了良好条件。件。（5 5）钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧
4、焊方法中稳定性最好的）钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧焊方法中稳定性最好的电弧之一电弧之一。电弧呈典型的钟罩形形态（见图。电弧呈典型的钟罩形形态（见图6-26-2），焊接熔池可见），焊接熔池可见性好，焊接操作十分容易进行，因此应用比较普遍。性好，焊接操作十分容易进行，因此应用比较普遍。（6 6）可以焊接各种金属材料）可以焊接各种金属材料，如：钢、铝、钛、镁等。，如：钢、铝、钛、镁等。（7 7）TIGTIG焊可靠性高，焊可靠性高，所以可以焊接重要构件，可用于核电所以可以焊接重要构件，可用于核电站及航空、航天工业。站及航空、航天工业。第4页，共24页，编辑于2022年，星期三图图6-2 6-2 钨极氩
5、弧焊时的电弧形态钨极氩弧焊时的电弧形态第5页，共24页，编辑于2022年，星期三2.2.缺点缺点（1 1）焊接效率低于其它方法）焊接效率低于其它方法。由于钨极承载电流能力有限，且。由于钨极承载电流能力有限，且电弧较易扩展而不集中，电弧较易扩展而不集中，TIGTIG焊的功率密度受到制约，致使焊缝焊的功率密度受到制约，致使焊缝熔深浅，熔敷速度小，焊接速度不高和生产率低。熔深浅，熔敷速度小，焊接速度不高和生产率低。（2 2）氩气没有脱氧或去氢作用）氩气没有脱氧或去氢作用，所以焊前对除油、去锈、去，所以焊前对除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则易产生气孔，影响焊缝的水等准备工作要求严格，否则易产生
6、气孔，影响焊缝的质量。质量。（3 3）焊接时钨极有少量的熔化蒸发）焊接时钨极有少量的熔化蒸发，钨微粒如果进入熔池会造，钨微粒如果进入熔池会造成夹钨，影响焊缝质量，电流过大时尤为明显。成夹钨，影响焊缝质量，电流过大时尤为明显。（4 4）由于生产效率较低和惰性气体的价格较高）由于生产效率较低和惰性气体的价格较高，生产成本比，生产成本比焊条电弧焊、埋弧焊和焊条电弧焊、埋弧焊和CO2CO2气体保护焊都要高。气体保护焊都要高。第6页，共24页，编辑于2022年，星期三6.1.3 TIG6.1.3 TIG焊的应用焊的应用 可以用于几乎所有金属和合金的焊接可以用于几乎所有金属和合金的焊接,特别是对铝、镁、钛
7、、特别是对铝、镁、钛、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐热钢、高温合金和钼、铌、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐热钢、高温合金和钼、铌、锆等难熔金属等的焊接最具优势。锆等难熔金属等的焊接最具优势。TIGTIG焊有手工焊和自动焊焊有手工焊和自动焊两种方式。它适用于各种长度焊缝的焊接；既可以焊接两种方式。它适用于各种长度焊缝的焊接；既可以焊接薄件，也可以用来焊接厚件；既可以在平焊位置焊接，薄件，也可以用来焊接厚件；既可以在平焊位置焊接，也可以在各种空间位置焊接。也可以在各种空间位置焊接。通常被用于焊接厚度为通常被用于焊接厚度为6mm6mm以下的焊件。如果采用脉冲以下的焊件。如果采用脉冲钨极氩弧焊，焊
8、接厚度可以降到钨极氩弧焊，焊接厚度可以降到0.8mm0.8mm以下。以下。对于大厚度的重要结构对于大厚度的重要结构(如压力容器、管道等如压力容器、管道等)，利用，利用TIGTIG焊进行打底焊。焊进行打底焊。第7页，共24页，编辑于2022年，星期三 6.2.1 TIG6.2.1 TIG焊设备的组成焊设备的组成 手工手工T1GT1G焊设备包括焊设备包括焊接电源、控制系统、引弧装置、焊接电源、控制系统、引弧装置、稳弧装置（交流焊接设备用）、焊枪、供气系统和供水系统稳弧装置（交流焊接设备用）、焊枪、供气系统和供水系统等部分。等部分。其中，控制系统包括两部分：一部分是为了保证焊接电源实其中，控制系统包
9、括两部分：一部分是为了保证焊接电源实现现T1GT1G焊所要求的垂降外特性、电流调节特性等而设置的；焊所要求的垂降外特性、电流调节特性等而设置的；另一部分是为了协调气体与电源之间先后顺序而设置的另一部分是为了协调气体与电源之间先后顺序而设置的程序控制系统。程序控制系统。第8页，共24页，编辑于2022年，星期三6.2.1 TIG焊设备的组焊设备的组成成 手工手工T1G焊设备包括：焊设备包括：焊接电源、控制系统、焊接电源、控制系统、引弧装置、稳弧装置引弧装置、稳弧装置（交流焊接设备用）、（交流焊接设备用）、焊枪、供气系统和供水焊枪、供气系统和供水系统等部分。系统等部分。6.2 TIG6.2 TIG
10、焊设备焊设备第9页，共24页，编辑于2022年，星期三6.2.2 6.2.2 焊接电源焊接电源1.1.直流电源直流电源根据被焊材料选择电源种类和直流接法选择根据被焊材料选择电源种类和直流接法选择 （1 1）直流反接）直流反接 （a)a)具有具有”阴极清理阴极清理”作用作用:可以获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。可以获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。原因：原因：反接时，母材作为阴极承担发射电子的任务。由于表面有氧化物的反接时，母材作为阴极承担发射电子的任务。由于表面有氧化物的地方电子逸出功小，容易发射电子，因此电弧有自动寻找金属氧化物的性地方电子逸出功小，容易发射电子，因此电弧有自动寻找金属氧化
11、物的性质，在氧化膜上形成阴极斑点；与此同时，阴极斑点受到质量的正离子的质，在氧化膜上形成阴极斑点；与此同时，阴极斑点受到质量的正离子的撞击，氧化膜被清理掉。撞击，氧化膜被清理掉。（b b）反接时钨极是电弧的阳极，不具有发射电子的作用，而是接受大量电子及其反接时钨极是电弧的阳极，不具有发射电子的作用，而是接受大量电子及其携带的大量能量。因而易携带的大量能量。因而易产生过热，甚至熔化产生过热，甚至熔化。因而钨极为阳极时的许用电。因而钨极为阳极时的许用电流仅为阴极时的流仅为阴极时的1/101/10左右左右.(c)(c)焊件为阴极，阴极斑点寻找氧化膜，不断游动，使得电弧分散，加热不集焊件为阴极，阴极斑
12、点寻找氧化膜，不断游动，使得电弧分散，加热不集中，因而得到浅而宽的焊缝（见图中，因而得到浅而宽的焊缝（见图6-5a6-5a），生产率低。），生产率低。(d)TIG(d)TIG焊直流反接用得较少，只用于厚度约焊直流反接用得较少，只用于厚度约3mm3mm以下的铝、镁及其合金焊接。以下的铝、镁及其合金焊接。第10页，共24页，编辑于2022年，星期三（2 2）直流正接）直流正接（a a）对钨极具有冷却作用，对钨极具有冷却作用，钨极不易过热烧损钨极不易过热烧损，可以采用较，可以采用较细的钨极，通过较大的电流，电极形状保持良好，寿命较长。细的钨极，通过较大的电流，电极形状保持良好，寿命较长。（b b）焊
13、件接受电子轰击时释放的能量，同时，电弧集中，能得到深焊件接受电子轰击时释放的能量，同时，电弧集中，能得到深而窄的焊缝（见图而窄的焊缝（见图6-5b6-5b），生产率高，焊件的收缩和变形也较小。），生产率高，焊件的收缩和变形也较小。第11页，共24页，编辑于2022年，星期三（c c）钨棒的热发射能力很强，当采用小直径钨棒时，电流密度可以增钨棒的热发射能力很强，当采用小直径钨棒时，电流密度可以增大，即使在小电流下电弧也能稳定。大，即使在小电流下电弧也能稳定。(d)(d)无无“阴极清理阴极清理”作用作用（e e）应用：）应用：是所有电弧焊方法中电弧过程最稳定的焊接方法之一，是所有电弧焊方法中电弧过
14、程最稳定的焊接方法之一，广泛用于除铝、镁及其合金以外的其它金属的焊接广泛用于除铝、镁及其合金以外的其它金属的焊接。极性极性优点优点缺点缺点应用应用正接正接(DCEN)电极载流能力强、熔深大、钨极烧损少、引弧容易没有阴极清理作用用于大多数的焊接场合（除Al、Mg外）反接反接(DCEP)有阴极清理作用电极载流能力弱、熔深小、钨极烧损严重、引弧困难实际很少采用第12页，共24页，编辑于2022年，星期三2 2 交流电源交流电源(1)(1)交流交流TIGTIG焊的特点焊的特点交流交流TIGTIG焊的焊接电弧的极性发生周期性变化焊的焊接电弧的极性发生周期性变化,因因此，此，工艺上兼有直流正接及直流反接的
15、特点。工艺上兼有直流正接及直流反接的特点。a a）负半波时，氩弧对工件产生阴极雾化作用；负半波时，氩弧对工件产生阴极雾化作用；b b）在交流正半波时，电弧的热量主要集中于工在交流正半波时，电弧的热量主要集中于工件上，不但使钨极得以冷却，还使焊缝得到足够件上，不但使钨极得以冷却，还使焊缝得到足够的熔深。的熔深。c)c)交流交流TIGTIG焊广泛用于铝、镁及其合金的焊接，焊广泛用于铝、镁及其合金的焊接，d)d)但交流但交流TIGTIG焊存在焊存在电弧不稳电弧不稳及及直流分量直流分量等问题，等问题，因此在焊接设备上应采取专门的措施予以解决因此在焊接设备上应采取专门的措施予以解决。第13页，共24页，
16、编辑于2022年，星期三(2)(2)直流分量直流分量a a）产生原因）产生原因钨极与工件的熔点不同；钨极与工件的熔点不同；逸出功不同；逸出功不同；几何尺寸相差很大。几何尺寸相差很大。b b）危害）危害直流分量既影响焊缝成形，降低阴极雾化作用直流分量既影响焊缝成形，降低阴极雾化作用 恶化设备的工作条件，变压器铁芯易饱和，降恶化设备的工作条件，变压器铁芯易饱和，降低功率因数，使电弧电流的形状偏离正弦，降低功率因数，使电弧电流的形状偏离正弦，降低电弧的热效率系数。低电弧的热效率系数。c)c)消除直流分量的方法消除直流分量的方法:最常见的方法是在焊接回路中串联电容最常见的方法是在焊接回路中串联电容。第
17、14页，共24页，编辑于2022年，星期三(3)(3)电弧不稳电弧不稳正弦波交流电弧的电流、电压过零时速度较慢，电源电压达到再引燃电正弦波交流电弧的电流、电压过零时速度较慢，电源电压达到再引燃电压所需要的时间较长，因此存在较长的熄弧时间；特别是从正半波向负压所需要的时间较长，因此存在较长的熄弧时间；特别是从正半波向负半波转变时，由于母材发射电子的能力很弱，电弧的重新引燃特别困难，半波转变时，由于母材发射电子的能力很弱，电弧的重新引燃特别困难，所以正弦波交流所以正弦波交流TIGTIG焊机必须采取稳弧措施。焊机必须采取稳弧措施。第15页，共24页，编辑于2022年，星期三3 3 方波（矩形波）交流
18、电源方波（矩形波）交流电源 为了提高交流为了提高交流TIGTIG焊电弧稳定性，同时也为了保证在铝、焊电弧稳定性，同时也为了保证在铝、镁合金焊接时既有满意的阴极清理作用，又可获得较为合镁合金焊接时既有满意的阴极清理作用，又可获得较为合理的两极热量分配，所以发展了方波交流弧焊电源。理的两极热量分配，所以发展了方波交流弧焊电源。方波电源焊接电流波形图方波电源焊接电流波形图 设设K KR R表示负极性半波（焊件为阴极）通电表示负极性半波（焊件为阴极）通电时间的比例，则一般时间的比例，则一般K KR R可在可在10%10%50%50%范围范围内调节。内调节。K KR RT TR R/(T/(TR R+T
19、+TS S)100%)100%K KR R为正、负极性半波宽度可调值，或称反为正、负极性半波宽度可调值，或称反转比；转比；T TR R为周期中负极性半波时间；为周期中负极性半波时间；TsTs为为周期中正极性半波时间。周期中正极性半波时间。第16页，共24页，编辑于2022年，星期三6.2.3 6.2.3 引弧装置和稳弧装置引弧装置和稳弧装置 为了避免钨极对焊缝的污染，为了避免钨极对焊缝的污染，TIGTIG焊时宜采用非接触式引弧，焊时宜采用非接触式引弧，因而需要使用辅助引弧装置。对于普通交流因而需要使用辅助引弧装置。对于普通交流TIGTIG焊，引弧后还须焊，引弧后还须要采用稳弧措施，这是因为焊接
20、电流在正、负半波交替时过零点，要采用稳弧措施，这是因为焊接电流在正、负半波交替时过零点，电弧空间发生消电离过程，而且，当电弧由焊件接正转向接负的电弧空间发生消电离过程，而且，当电弧由焊件接正转向接负的瞬间，需要重新引燃电弧的电压很高，而焊接电源往往不能提供瞬间，需要重新引燃电弧的电压很高，而焊接电源往往不能提供这样高的电压，因此，就需要有能使电弧重新引燃的稳弧装置。这样高的电压，因此，就需要有能使电弧重新引燃的稳弧装置。目前，应用最多的是目前，应用最多的是高频高压式高频高压式和和高压脉冲式高压脉冲式引弧和稳弧装置。引弧和稳弧装置。第17页，共24页，编辑于2022年，星期三稳弧时理想的波形图稳
21、弧时理想的波形图 图图6-10 6-10 高频振荡波形与电流波形的相位关系高频振荡波形与电流波形的相位关系第18页，共24页，编辑于2022年，星期三 引弧脉冲与电源电压之间、稳弧脉冲与电弧电流之间引弧脉冲与电源电压之间、稳弧脉冲与电弧电流之间的相位关系的相位关系 u-u-电源电压电源电压 i i电弧电流电弧电流第19页，共24页，编辑于2022年，星期三6.3 TIG6.3 TIG焊用焊接材料焊用焊接材料6.3.1 6.3.1 保护气体保护气体1 1 保护气体特性比较保护气体特性比较 TIGTIG焊用的保护气体主要是焊用的保护气体主要是氩气、氦气或氩与氦混合氩气、氦气或氩与氦混合的惰性气体。
22、的惰性气体。氩气氩气应用最多的气体，电离电压为应用最多的气体，电离电压为15.7V(15.7V(较低），电弧稳较低），电弧稳定定 ，引弧特性好、焊缝成形好，引弧特性好、焊缝成形好,但电弧容易扩展，呈典型但电弧容易扩展，呈典型的钟罩形，加热不够集中。的钟罩形，加热不够集中。氦气氦气电离电压为电离电压为24.5V(24.5V(较高），热传导性能比氩气好较高），热传导性能比氩气好,能实能实现更快的焊接速度；熔深增加。现更快的焊接速度；熔深增加。氩氩与与氦氦混混合合：氩氩气气电电弧弧稳稳定定而而柔柔和和，阴阴极极清清理理作作用用好好，氦氦气气电电弧弧发发热热量量大大而而集集中中，具具有有较较大大的的熔
23、熔深深。两两者者混混合合使使用用就就可可同同时时具具有两者的优点。有两者的优点。第20页，共24页，编辑于2022年，星期三6.3.2 6.3.2 钨极钨极1 1对电极的要求及钨极性能对电极的要求及钨极性能2 2 应满足三个条件：应满足三个条件：3 3（1 1）引弧及稳弧性能好；）引弧及稳弧性能好；4 4（2 2）耐高温、不易损耗；）耐高温、不易损耗；5 5（3 3）电流容量大。）电流容量大。第21页，共24页，编辑于2022年，星期三2 2 钨极材料钨极材料（1 1）纯钨电极纯钨电极 应用最早，适用交流焊接，综合性能欠佳应用最早，适用交流焊接，综合性能欠佳。当钨电。当钨电极不需要保持一定的前
24、端角度形状时可采用极不需要保持一定的前端角度形状时可采用（2 2）钍钨极钍钨极传统电极，综合性能较好，国外多用，有放射性。传统电极，综合性能较好，国外多用，有放射性。（3 3）铈钨极铈钨极在低电流下有优良的起弧性能，维弧电流较小，放射在低电流下有优良的起弧性能，维弧电流较小，放射性剂量极低，在直流小电流时，是钍钨电极的首选替代品。性剂量极低，在直流小电流时，是钍钨电极的首选替代品。（4 4）其他电极其他电极 包括锆钨极、镧钨极和钇钨极包括锆钨极、镧钨极和钇钨极 （5 5）复合电极复合电极在钨基中添加两种（以上）稀土氧化物，全面提在钨基中添加两种（以上）稀土氧化物，全面提高电极的综合性能。（目前
25、未见定型产品，已列入国家新产品开发高电极的综合性能。（目前未见定型产品，已列入国家新产品开发计划，应密切关注）。计划，应密切关注）。注意：不同的电极在端部有不同的颜色标记，可据此判断注意：不同的电极在端部有不同的颜色标记，可据此判断电极的种类电极的种类第22页，共24页，编辑于2022年，星期三6.3.3 6.3.3 焊丝焊丝 手工手工T1GT1G焊用的填充金属是直棒焊用的填充金属是直棒(条条)，其直径范围为，其直径范围为0.80.86mm6mm，长度，长度1m1m以内以内 自动焊用的是盘状焊丝，其直径最细自动焊用的是盘状焊丝，其直径最细0.5mm,0.5mm,大电流或堆大电流或堆焊用的焊丝直
26、径可达焊用的焊丝直径可达5mm,5mm,一般要求其化学成分与母材相同一般要求其化学成分与母材相同 第23页，共24页，编辑于2022年，星期三复习思考题复习思考题1 TIG1 TIG焊具有那些特点焊具有那些特点，主要应用范围是哪些？。主要应用范围是哪些？。2 2 说明手工说明手工TIGTIG焊接设备包括哪些组成部分？焊接设备包括哪些组成部分？3 TIG3 TIG焊可以采用哪几种焊接电流？分析各有什么特点及适用范围？焊可以采用哪几种焊接电流？分析各有什么特点及适用范围？4 4简述保护气体，电极，和焊丝的种类及其对焊接效果的影简述保护气体，电极，和焊丝的种类及其对焊接效果的影响。响。第24页，共24页，编辑于2022年，星期三