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1、焊接方法与设备-10钨极氩弧焊1资料 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望惰性气体实施焊接区保护惰性气体实施焊接区保护ArHe熔化极熔化极非熔化极非熔化极11/14/2022熔化极氩弧焊存在的局限熔化极氩弧焊存在的局限指状指状熔深熔深设备设备复杂复杂薄板焊薄板焊适应性适应性差差11/14/20227-7-1 1 概述概述 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊Ar保护，电极为保护，电极为W，不熔化，填充焊丝。，不熔化，填充焊丝。一、一、基本原理基本原理 11
2、/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊TungstenArcFiller MetalPoolSeam11/14/2022二、特点及应用二、特点及应用第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊1.特点特点 电弧稳定电弧稳定，保护效果好，保护效果好 适应性好适应性好，适于各种材料及全位置焊，适于各种材料及全位置焊 熔深浅熔深浅，生产率低，生产率低 2.2.应用应用 无无材料、板厚、位置的材料、板厚、位置的限制限制，是最好的焊，是最好的焊接方法之一接方法之一。11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊三、电极及焊枪三、电极及焊枪（一）（一）钨极材质及其电特性钨极材质及其电特性 W 9
3、9.9%（纯钨纯钨）W+12%ThO2，W+12%CeO2、ZrO2、Y2O3、La2O3 实践证明：实践证明：Y2O3，ZrO2，CeO2性能较好，许用电性能较好，许用电流大、耐用、引弧及稳定电弧性能好、放射性小。流大、耐用、引弧及稳定电弧性能好、放射性小。钨极熔点（钨极熔点（3690K）、沸点（）、沸点（5900K）高，）高，导热系数和高温挥发性小，强度高。导热系数和高温挥发性小，强度高。11/14/2022 从钨极端头烧损情况看从钨极端头烧损情况看11/14/2022从钨极温度分布看从钨极温度分布看11/14/2022从电弧力角度看从电弧力角度看11/14/2022钨极n纯钨 WP:直流
4、焊时引弧相对较差,易形成光滑的球端，电流负载能力低n钍钨 WT:引弧非常容易,更高的负载能力，但稍带放射性n铈钨 WC:性能等同于钍钨，但无放射性n镧钨 WL:比钍钨或铈钨有更长的使用寿命，但引弧性能不好小小 结结 由上述试验观察可得出结论：由上述试验观察可得出结论：含有含有12%Y2O3，ZrO2，CeO2的钨电极的钨电极性能性能较好。较好。（许用电流、耐用、引弧及稳定电弧性能（许用电流、耐用、引弧及稳定电弧性能好，放射性小）。好，放射性小）。11/14/2022（二）二）钨极直径及端部形状钨极直径及端部形状11/14/2022钨极端部温度场钨极端部温度场11/14/2022 钨极端部电弧形
5、态钨极端部电弧形态11/14/2022 钨钨极锥度与焊缝熔深、熔宽的关系极锥度与焊缝熔深、熔宽的关系H11/14/2022钨极许用电流钨极许用电流11/14/2022钨极锥度与电流关系钨极锥度与电流关系11/14/2022（三）焊枪（三）焊枪 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊作用：夹持钨棒，输送气体。作用：夹持钨棒，输送气体。11/14/2022 TIG 焊炬焊炬11/14/2022Gas-and water coolingWaterGasnBest cooling due to high nwater flownLong service life of wearing partsnStab
6、le welding process 水冷水冷TIG焊枪焊枪11/14/2022 气冷气冷TIG焊炬焊炬11/14/2022Cold wire feeder Pull直流（正极性、反极性）直流（正极性、反极性）交流交流 脉冲脉冲 四、四、电流种类和极性电流种类和极性11/14/2022焊件材料与极性关系焊件材料与极性关系：最佳：最佳 ：良好：良好 ：最差：最差 11/14/2022焊缝成形与极性的关系焊缝成形与极性的关系11/14/2022 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022（一）一）直流正极性直流正极性 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊1.优点优点 熔深大，熔宽小熔深大
7、，熔宽小，HAZ小小，变形小，变形小W棒温度低棒温度低，寿命长，寿命长 电弧稳定电弧稳定 2.缺点缺点 不具有阴极雾化（即破碎氧化物）作用，不能不具有阴极雾化（即破碎氧化物）作用，不能用于铝镁的焊接，抗风抗锈能力差。用于铝镁的焊接，抗风抗锈能力差。11/14/2022（二）二）直流反接直流反接 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊 阴极雾化阴极雾化作用，作用，可焊铝镁及其合金，焊缝表面光可焊铝镁及其合金，焊缝表面光洁、成形良好，一般作薄板焊接用。洁、成形良好，一般作薄板焊接用。（三）交流（三）交流 焊接焊接铝镁铝镁及其合金及其合金的最佳选择。的最佳选择。工件为阴极的负半周工件为阴极的负半周阴极破
8、碎阴极破碎，清除熔池区表面坚，清除熔池区表面坚硬的氧化膜，钨棒为阴极的正半周使焊缝获得硬的氧化膜，钨棒为阴极的正半周使焊缝获得较大的较大的熔深熔深，钨棒温度下降钨棒温度下降，电弧稳定性得以改善。，电弧稳定性得以改善。存在问题：存在问题：有有直流分量直流分量 需需稳弧稳弧措施措施 11/14/2022直流分量产生的原因：直流分量产生的原因：由于钨棒和工件在电、热物理性能和几何尺寸上由于钨棒和工件在电、热物理性能和几何尺寸上的的明显差异明显差异，造成交流电弧在相邻两个半周内弧柱，造成交流电弧在相邻两个半周内弧柱区导电率、电场强度、电弧电压和电流的不对称。区导电率、电场强度、电弧电压和电流的不对称。
9、钨棒为阴极时钨棒为阴极时，弧柱导电率高、电场强度小、，弧柱导电率高、电场强度小、电弧电弧电压低而电流大电压低而电流大，而，而工件工件为阴极时为阴极时，电弧电压高而电弧电压高而电流小电流小。这种不对称的交流电流可以看作是一个直。这种不对称的交流电流可以看作是一个直流电流和一个对称交流电流的合成，前者即直流分流电流和一个对称交流电流的合成，前者即直流分量，方向与钨棒为阴极时电流方向相同，量，方向与钨棒为阴极时电流方向相同，由工件由工件指指向钨极向钨极。（三）交流（三）交流 钨钨极氩弧焊直流分量极氩弧焊直流分量-+-iiI直钨极钨极焊件焊件钨极钨极焊件焊件t011/14/2022 钨钨极氩弧焊直流分
10、量产生原因极氩弧焊直流分量产生原因011/14/2022直流分量的消除方法：直流分量的消除方法：常用常用串联电容串联电容法法直流分量的危害：直流分量的危害：减弱阴极破碎减弱阴极破碎作用作用在变压器铁心中产生直流磁通分量，导致在变压器铁心中产生直流磁通分量，导致铁心铁心单单向磁饱和，铁损铜损上升，向磁饱和，铁损铜损上升，效率下降效率下降焊接焊接电流波形畸变电流波形畸变，功率因素下降，不利于电弧，功率因素下降，不利于电弧的稳定性的稳定性（三）交流（三）交流 钨钨极氩弧焊直流分量消除方法极氩弧焊直流分量消除方法11/14/2022 五、引弧器五、引弧器高频引弧器主电路高频引弧器主电路11/14/20
11、22 高频振荡器输出波形高频振荡器输出波形11/14/2022 能量可控高频引弧器主电路能量可控高频引弧器主电路11/14/2022 引弧器与焊接主电路并联接引弧器与焊接主电路并联接11/14/2022 引弧器与焊接主电路串联连接引弧器与焊接主电路串联连接11/14/2022稳弧：稳弧：工频正弦波工频正弦波TIG焊，电流焊，电流100次次/s过零点，过零过零点，过零后钨棒为阴极时，重复引燃电压较低，易引燃电后钨棒为阴极时，重复引燃电压较低，易引燃电弧，而过零后弧，而过零后Al、Mg及其合金为阴极时及其合金为阴极时，重复引，重复引燃电压很高，不附加电压燃电压很高，不附加电压难以引燃难以引燃电弧，
12、因此需电弧，因此需附加稳弧措施。附加稳弧措施。第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊并联式晶闸管高压脉冲稳弧和引弧电路并联式晶闸管高压脉冲稳弧和引弧电路11/14/2022一、类型一、类型 7-2 钨极氩弧焊机钨极氩弧焊机 按供电种类分：直流、交流、交直流、按供电种类分：直流、交流、交直流、方波、脉冲。方波、脉冲。按自动化程度：手工按自动化程度：手工TIG、自动、自动TIG。二、组成二、组成 弧焊电源、焊枪、控制系统及供水、弧焊电源、焊枪、控制系统及供水、供气系统供气系统。11/14/2022 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊1.弧焊电源弧焊电源 陡降陡降外特性外特性。2.焊枪焊枪 要求：要求：
13、W棒夹持方便、气保护效果好、棒夹持方便、气保护效果好、水冷却。水冷却。3.控制系统控制系统 引弧引弧熄弧熄弧程序控制程序控制 4.举例举例（WS系列氩弧焊机）系列氩弧焊机）11/14/2022 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极
14、氩弧焊极氩弧焊11/14/20227-3 焊接工艺焊接工艺第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊一、焊前准备一、焊前准备 1.坡口准备坡口准备 2.除油、氧化皮除油、氧化皮3.装配装配 二、工艺参数选择二、工艺参数选择 1.焊接电流及钨极直径焊接电流及钨极直径 11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊3.焊速焊速 4.保护气效果保护气效果 2.弧长及电弧电压弧长及电弧电压
15、5.喷嘴、填充焊丝倾角喷嘴、填充焊丝倾角二、工艺参数选择二、工艺参数选择 11/14/2022加拖罩加拖罩11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊7-4 其它钨极氩弧焊其它钨极氩弧焊 一、脉冲钨极氩弧焊一、脉冲钨极氩弧焊 直流；交流直流；交流（一）、直流脉冲钨极氩弧焊（一）、直流脉冲钨极氩弧焊 1.低频脉冲氩弧焊（低频脉冲氩弧焊（0.115Hz）特点：特点：平均电流低
16、平均电流低，适合薄板和热敏感性材料，适合薄板和热敏感性材料焊缝金属焊缝金属高温停留时间短高温停留时间短可精确控制可精确控制电弧能量电弧能量和和熔池尺寸熔池尺寸，适合单面焊，适合单面焊双面成双面成形形和全位置焊。和全位置焊。通过通过脉冲波形脉冲波形调节焊缝成形调节焊缝成形11/14/2022脉冲钨脉冲钨极氩弧焊电流波形极氩弧焊电流波形矩形波矩形波 11/14/2022脉冲钨脉冲钨极氩弧焊电流波形极氩弧焊电流波形前沿附加脉冲尖峰前沿附加脉冲尖峰11/14/2022脉冲钨脉冲钨极氩弧焊电流波形极氩弧焊电流波形后沿附加脉冲尖峰后沿附加脉冲尖峰11/14/2022脉冲电流与焊缝成形关系脉冲电流与焊缝成形
17、关系11/14/2022脉冲时间与焊缝成形关系脉冲时间与焊缝成形关系11/14/2022脉冲频率与焊缝成形关系脉冲频率与焊缝成形关系11/14/2022焊接速度与脉冲电流匹配焊接速度与脉冲电流匹配11/14/2022第七章第七章 钨极氩弧焊钨极氩弧焊7-4 其它钨极氩弧焊其它钨极氩弧焊（一）、直流脉冲钨极氩弧焊（一）、直流脉冲钨极氩弧焊 2.高频脉冲高频脉冲TIG焊（焊（1020KHz）由于高频效应，由于高频效应，电弧挺度电弧挺度非常好非常好第七章第七章 钨极氩弧焊钨极氩弧焊第七章第七章 钨极氩弧焊钨极氩弧焊第七章第七章 钨极氩弧焊钨极氩弧焊脉冲电源结构框图脉冲电源结构框图11/14/2022
18、高频脉冲电流波形高频脉冲电流波形11/14/2022带低频脉冲调制的高频脉冲电流波形带低频脉冲调制的高频脉冲电流波形11/14/20227-4 其它钨极氩弧焊其它钨极氩弧焊（二）、交流脉冲（二）、交流脉冲TIG焊焊 1.交流幅值调制脉冲交流幅值调制脉冲TIG焊焊 适合适合Al、Mg及其合金及其合金的薄板全位置焊的薄板全位置焊 幅值调制交流脉冲幅值调制交流脉冲TIG焊电流波形焊电流波形11/14/2022脉冲频率与焊缝成形关系脉冲频率与焊缝成形关系11/14/2022（二）、交流流脉冲（二）、交流流脉冲TIG焊焊 2.交流脉冲宽度调制交流脉冲宽度调制TIG焊焊 即交流方波即交流方波TIG焊的焊的
19、极性比率极性比率调制调制 反极性比率反极性比率DRP=tRP/tRP+tSP 正极性比率正极性比率DSP=1-DRP应在保证应在保证阴极清理阴极清理的前提下，采用的前提下，采用尽可能低的尽可能低的DRP7-4 其它钨极氩弧焊其它钨极氩弧焊 极性比率与焊缝成形关系极性比率与焊缝成形关系11/14/2022极性比率与钨极烧损关系极性比率与钨极烧损关系11/14/2022（二）、交流流脉冲（二）、交流流脉冲TIG焊焊 3.交直流切换式脉冲交直流切换式脉冲TIG焊焊 直流正极性和交流交替切换，增强焊缝直流正极性和交流交替切换，增强焊缝熔透能熔透能力力，减小，减小钨棒烧损钨棒烧损，特别适合于，特别适合于
20、厚厚Al板板的焊接的焊接7-4 其它钨极氩弧焊其它钨极氩弧焊 第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022交流占空率与焊缝成形关系交流占空率与焊缝成形关系11/14/2022交流占空率与钨极烧损关系交流占空率与钨极烧损关系11/14/2022二次逆变电路二次逆变电路11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊二、热丝钨极氩弧焊二、热丝钨极氩弧焊 11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊11/14/2022第七章第七章 钨钨极氩弧焊极氩弧焊三、多阴极串列钨极氩弧焊三、多阴极串列钨极氩弧焊 提高提高焊速焊速，多用于不锈钢连续管焊生产，多用于不锈钢连续管焊生产11/14/2022