焊接工程学(第二章)--3.

四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第二章常见的焊接方法四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊钨极氩弧焊是以难熔金属钨或其合金作为电源一极，采用惰性气体氩作为保护气体，利用钨极与工件之间产生的电弧热作为热源，加热并熔化工件和填充金属的一种电弧焊方法。一、概述四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊图25钨极氩弧焊示意图1-电缆2-保护气导管3-钨极4-保护气体5-熔池6-焊缝7-工件8-填充焊丝9-喷嘴四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊钨极氩弧焊的优点能焊接除熔点非常低的铅、锡以外的绝大多数金属和合金能焊接化学活泼性强和形成高熔点氧化膜的铝、镁及其合金焊接时无飞溅，且免去了焊后去渣工序某些场合可不加填充金属能全位置焊接和薄板焊接能脉冲焊接，减少热输入123456明弧，能观察到电弧及熔池7四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊钨极氩弧焊的缺点1234焊接速度低5熔敷率小需要采用防风措施焊缝金属易受钨的污染消耗氩气，成本较高四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊电弧稳定性较好——氩的热导率较低，电弧引燃后热损失较小，容易保持弧柱温度，可在较低的电弧电压下维持燃烧引弧特性较差——由于氩的电离电势较高，引燃电弧需要更多的能量四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛钨极氩弧焊由于具有良好的电弧稳定性和保护性能，可广泛应用于有色金属及其合金、不锈钢、高温合金和难熔活性金属的焊接特别适合于不开坡口、不加填充金属的薄板及全位置焊接对于低熔点和易挥发金属（如铅、锡、锌），由于其熔点远低于电弧温度，难以控制焊接过程，故常不用钨极氩弧焊进行焊接第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊一般地，手工钨极氩弧焊适合于焊接形状复杂的焊件、难以接近的部位或间断短焊缝；自动钨极氩弧焊适宜于焊接有规则的长焊缝如纵缝、环缝或曲线焊缝。从钨极氩弧焊所焊板材的厚度看，由于承载能力的限制，其能够焊接的最大板厚为6mm左右的工件，一般只适宜于焊接薄板，其可以焊接的最小板厚为0.1mm；或用于工件的打底焊。四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊空气自冷式焊枪——主要用于小电流焊接（100A）水冷式焊枪——主要用于大电流焊接（＞100A），结构比较复杂钨极氩弧焊的焊枪分两类四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊由于纯钨在发射电子时，其逸出功较高，同时，当长期使用大电流焊接时，纯钨的电流承载能力和抗损耗能力不够，烧损明显。因此，在纯钨中常加入一些可以降低逸出功的元素（如钍、铈、锆、镧或其氧化物），可明显提高电极发射电子的能力，改善电极的使用性能。目前钨极氩弧焊广泛使用的是含有1%—3%氧化钍（ThO2）的钍钨棒和2%左右氧化铈（CeO）的铈钨棒。钍是放射性元素，有害健康，故目前多用铈钨棒。四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊二、钨极氩弧焊的电流种类和极性交流直流脉冲电流钨极氩弧焊有三种焊接电源铝、镁及其合金的焊接常采用交流电源，其它金属常采用直流正极性直流电源分正极性和反极性两种四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊工件为正极，接受电子轰击时放出的全部能量，产热量大于阴极，熔深大，变形小作为阴极的钨棒发热量小，不易过热，可提高使用电流，或选择较小直径的钨棒直流正极性四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊图26直流正极性电流波形四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊直流反极性时，钨棒的产热量大于工件当散热条件较差时，钨棒容易过热熔化且电弧不稳，故必须减少使用电流由于工件产热量小，焊缝熔深浅而宽，生产率低。故直流反极性钨极氩弧焊只能用于焊接3mm以下铝、镁及其合金薄板直流反极性——钨棒为正极，工件为负极，工件表面温度较高的斑点处发射电子，同时由于正离子轰击工件表面，使表面氧化膜破碎气化而除去当焊件表面覆盖有难熔氧化膜的铝、镁及其合金时能获得光洁的表面，形成良好焊缝四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊图27直流反极性电流波形四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊交流钨极氩弧焊时，在电流的负极性半波，工件为阴极，有阴极清理作用，可以去除表面的氧化膜在正极性区间，钨棒为阴极，产热量较低，为发射足够电子需付出大量逸出功，故有冷却钨棒的作用交流钨极氩弧焊交流钨极氩弧焊兼有直流反极性的阴极清理作用和直流正极性的电弧稳定、熔深良好等优点，故常用于铝、镁及其合金的焊接四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊图28交流钨极氩弧焊的正弦波和方波四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛接头及坡口形式：常根据被焊材料、板厚及工艺要求等决定，接头形式有对接、搭接、角接、T形接和端接五种基本形式1、焊前准备第五节——钨极氩弧焊三、钨极氩弧焊工艺四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛图29钨极氩弧焊五种基本接头形式a、对接b、搭接c、角接d、T形接e、端接第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第五节——钨极氩弧焊一般薄板（3mm以下）对接接头常采用卷边焊接，不加填充金属一次焊透板厚6-25mm对接，可采用V形坡口板厚大于12mm时，可采用双Y形坡口的双面焊接四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛图30钨极氩弧焊对接接头的坡口形式a、Ⅰ形坡口b、镦边坡口c、卷边坡口d、Y形坡口e、双Y形坡口第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛焊前清理：由于钨极氩弧焊采用惰性气体保护，而惰性气体既无氧化性，也无还原性，因此焊接时对油污、水分、氧化皮等比较敏感焊前必须对焊丝、焊件坡口及坡口两侧至少20mm范围内的油污、水分等进行彻底清理。可用有机溶剂（如丙酮、汽油或专门的工业清洗剂）清除油污和灰尘；用机械清理和化学清洗（如砂布打磨、钢丝清理、刮刀清理、酸碱清洗等）除去氧化膜清理后应尽快施焊，放置时间不应超过24小时，否则必须重新清理第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛钨极氩弧焊时可采用填充焊丝或不填充焊丝的方法形成焊缝。不填充焊丝法常用于薄板焊接。填充或不填充焊接时二者的差异如下2、工艺参数选择图31钨极氩弧焊焊缝截面形状a、不填充焊丝b、加填充焊丝第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛b、电弧电压：电弧拉长，电弧电压增大，焊缝的熔宽和加热面积略有增大。但电弧长度增大到一定值后，会因电弧热量的分散而造成熔宽和熔化面积减小。不加填充焊丝焊接时，弧长一般为1-3mm；加填充焊丝时，弧长应为3-6mm。a、焊接电流：焊接电流是决定焊缝熔深的最主要工艺参数。焊接电流增大，熔透深度增大，焊缝余高增加。若电流太大，易造成焊缝焊漏等缺陷；若焊接电流太小，易造成未焊透。第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛d、钨极直径：取决于焊件的厚度、焊接电流大小、电源种类和极性。焊件厚度越大，焊接电流越高，钨极直径就越大；相同直径钨极，直流正极性时电流值最大，交流次之，直流反极性最小。c、焊接速度：在其它焊接参数不变时，焊接速度的大决定单位长度焊缝热输入量的大小（焊接线能量）。焊接速度越大，线能量越小，焊接凹陷深度、熔透深度、熔宽都相应减小，焊缝可能还会出现未焊透等；若焊接速度太小，焊缝易出现咬边和焊穿。第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛不同钨极直径所允许的电流范围钨极直径/mm直流/A交流/A正极性反极性1-265-15010-2020-1003140-18020-40100-1604250-34030-50140-2205300-40040-80200-2806350-50060-100250-300第五节——钨极氩弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第六节等离子弧焊四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第六节——等离子弧焊等离子弧焊是在钨极氩弧焊基础上发展起来的一种焊接方法，即将产生钨极氩弧的钨极缩入到焊枪喷嘴内部，并在喷嘴内通入等离子气（常为氩气），强迫电弧从喷嘴的孔道通过，经过机械压缩、热压缩和磁压缩后，获得温度、能量密度、等离子体流速显著增大的电弧，即等离子电弧。一、概述四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学》——楊剛第六节——等离子弧焊图32等离子弧的形成四川大学制造科学与工程学院SchoolofManufacturingScienceandEngineering《焊接工程学