焊接方法与设备(钨极氩弧焊)

2020/7/5杨建国1焊接方法与设备钨极惰性气体保护焊2020/7/5杨建国2第五章钨极惰性气体保护焊定义：使用钨极或者活化钨极作为电极的非熔化极惰性气体保护焊方法（TIG）。2020/7/5杨建国3第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的原理历史–提出于1911年问题：惰性气体造价太高–实际应用于1930年用于镁合金的焊接比强度高镁合金易氧化–目前适用于焊接铝合金、镁合金2020/7/5杨建国4第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的原理钨–熔点：3380℃–熔点最高的金属，耐热性好2020/7/5杨建国5第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的原理氩–无色无味，比空气重25%，有利于保护–空气中含量约1%–沸点：-186℃，（氧：-183；氮：-196）–焊接要求纯度：99.9～99.999%–惰性气体不溶解，不反应：避免焊缝中合金元素的烧损（蒸发除外）无脱氧去氢作用（焊前准备）2020/7/5杨建国6第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的原理燃烧稳定性最好（电压可以在8-15V）–单原子气体–导热系数小2020/7/5杨建国7第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的原理氦–惰性气体–导热系数大，电弧温度高–太轻混合气体–He+Ar厚板、高热导、高熔点金属焊接（双层保护气体）–Ar+H2不锈钢、镍基合金、镍铜合金2020/7/5杨建国8第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的原理原理：产热、保护薄件–不开坡口–不填丝–可采用脉冲焊厚件–填充焊丝–开坡口–热丝焊2020/7/5杨建国9第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的特点可焊金属多（惰性、阴极雾化）适应性强（电弧稳定、不飞溅、热源焊丝分别控制、全位置焊接、机械化自动化）生产效率低（钨极限制，电流小、熔深浅、熔敷速度小）成本高2020/7/5杨建国10第一节TIG焊的特点及应用-------------------TIG焊的应用各种金属，各个领域活泼金属金属基复合材料厚、薄件全位置自动、手工适合6mm以下，6mm以上用于打底2020/7/5杨建国11第二节TIG焊电流种类及极性2020/7/5杨建国12第二节TIG焊的电流种类及极性TIG焊时，焊接电弧的正、负极的导电和产热机构与电极材料的热物理性能密切相关，对焊接工艺有显著影响。分类–直流正接反接–交流2020/7/5杨建国13第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------直流正极性钨极作为阴极，熔点高，发射电子能力强，逸出的电子有冷却阴极的作用焊件为阳极，接受电子动能和逸出功，获得电弧热量的70%2020/7/5杨建国14第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------直流正极性特点：–熔深深而窄，生产效率高，应力与变形小–钨极许用电流大，寿命长–电弧阴燃容易，燃烧稳定–不适合焊接铝、镁及其合金2020/7/5杨建国15第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------直流反极性导电产热与正极性相反阴极雾化（阴极清理、阴极破碎）–阴极金属熔点低→发射电子困难→氧化物发射电子→形成阴极斑点→正离子撞击→氧化物气化→寻找新的氧化物–氧化铝熔点2050℃，铝：657℃2020/7/5杨建国16第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------直流反极性缺点–钨极过热、烧损（2/3热量）–荣深浅而宽、生产效率低，应力与变形大–应用范围窄2020/7/5杨建国17第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊雾化作用钨极冷却问题–电弧稳定性–直流分量2020/7/5杨建国18第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊交流过零–电弧复燃困难–工件作为阴极的半周问题更加突出措施–提高空载电压–高频震荡–高压脉冲2020/7/5杨建国19第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊提高空载电压（150-200V）问题：–变压器容量大、成本高–功率因素低–不安全2020/7/5杨建国20第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊高频振荡（过零时在65V空载电压的基础上加一个3000V的高频电压）问题–相位问题–电磁辐射2020/7/5杨建国21第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊脉冲电压（负半周施加1500V的高压脉冲）效果良好2020/7/5杨建国22第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊直流分量及消除产生原因–电极、工件的电、热物理性能及尺寸的差异结果–正负半周电压、电流不对称–正负半周导电时间不相等2020/7/5杨建国23第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊电流分解–交流电流–直流分量，方向：工件流向钨极后果–消弱了阴极雾化作用–变压器变热2020/7/5杨建国24第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊限制直流分量的方法–串接一个直流电源–电阻二极管法–电容法2020/7/5杨建国25第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊串接一个直流电源优点：易实现缺点：–电势不能任意调，不能完全消除分量–滇池体积庞大笨重–经常充电现状：淘汰2020/7/5杨建国26第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊电阻二极管法优点：简单、体积小、元件少、效果好缺点：电阻耗电、二极管受高频影响易烧损现状：很少使用2020/7/5杨建国27第二节TIG焊的电流种类及极性-------------------交流TIG焊串联电容优点：效果好、不耗能现状：广泛应用2020/7/5杨建国28第三节TIG焊设备2020/7/5杨建国29第三节TIG焊设备分类–操作方式分类手工自动–焊接电源分类法交流直流矩形波2020/7/5杨建国30第三节TIG焊设备2020/7/5杨建国31第三节TIG焊设备-------------------焊接电源外特性要求：陡降或者垂直下降特性2020/7/5杨建国32第三节TIG焊设备-------------------焊接电源2020/7/5杨建国33第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极气冷QQ（I100A）水冷QS（I100A）2020/7/5杨建国34第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极•焊枪的要求•良好的导电•气体良好的流态•良好的冷却•可达性好•结构简单、重量轻、易维修2020/7/5杨建国35第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极良好的流态–层流–紊流保证–气体镇静室–喷嘴形状（形状、光洁度、出口边缘形状、同心度）2020/7/5杨建国36第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极钨极的要求–耐高温不易消耗不夹钨–电子发射能力强–电流容量大2020/7/5杨建国37第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极分类：–纯钨–钍钨–铈钨–锆钨2020/7/5杨建国38第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极纯钨电子发射能力差、易消耗便宜一般用于交流焊接中2020/7/5杨建国39第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极钍钨在钨中加入1-2%的ThO2载流能力强，易引弧、寿命长直流正接直流反接、交流时效果不明显增加直流分量有放射性2020/7/5杨建国40第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极铈钨1-2%CeO2放射性较强、使用较少（电极端头为蓝色）优点与钍钨相同弧柱细，温度集中2020/7/5杨建国41第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极锆钨更好，烧损极少2020/7/5杨建国42第三节TIG焊设备-------------------焊枪及电极电极形状2020/7/5杨建国43第四节TIG焊工艺2020/7/5杨建国44第四节TIG焊工艺-------------------焊前清理惰性气体（优缺点）清理方法–油污、灰尘（有机溶剂）–氧化膜机械法–硬材料（抛光、吹砂、砂轮、砂带）–软材料（钢丝论、钢丝刷、刮刀）化学法（Al\Mg）机械+化学2020/7/5杨建国45第四节TIG焊工艺--------焊接参数的影响及选择参数：电流、电压、焊接速度、填丝速度、保护气流量、喷嘴孔径、钨极直径形状ΦI、VvΦ’Lv’2020/7/5杨建国46第四节TIG焊工艺--------焊接参数的影响及选择I↑→P↑→可焊板材厚度↑I↑→凹陷↑I↑→熔透深度↑I↑→背面余高↑I↑→焊缝宽度↑I↑→正面余高↓I↑↑↑→咬边、焊漏I↓↓↓→未焊透2020/7/5杨建国47第四节TIG焊工艺-------焊接参数的影响及选择U↑→熔宽↑U↑↑→熔宽↓距离选择原则：不短接条件下，越短越好。不填丝：1-3mm;填丝：3-6mm2020/7/5杨建国48第四节TIG焊工艺-------焊接参数的影响及选择焊接速度v→热输入→（凹陷、熔深、熔宽）v↑↑→气孔、未焊透、裂纹、夹渣、保护效果v↓↓↓→焊穿、咬边原则：采用比较低的焊速2020/7/5杨建国49第四节TIG焊工艺--------焊接参数的影响及选择填丝速度与直径直径↑→填丝↓I↑→填丝↑间隙↑→填丝↑填丝速度不当–未焊透、焊缝余高过大、表面成型不好–焊穿、凹陷板厚↑→直径↑间隙↑→直径↑2020/7/5杨建国50第四节TIG焊工艺------焊接参数的影响及选择2020/7/5杨建国51第四节TIG焊工艺--------焊接参数的影响及选择电极直径选择原则：尽可能选用小的电极直径，承载所需要的电流2020/7/5杨建国52第四节TIG焊工艺---------------------操作技术引弧–直接–间接（高频、脉冲、引弧板）提前送气2020/7/5杨建国53第四节TIG焊工艺---------------------操作技术短弧焊左焊法不超过4mm2020/7/5杨建国54第四节TIG焊工艺---------------------操作技术2020/7/5杨建国55第四节TIG焊工艺---------------------操作技术2020/7/5杨建国56第四节TIG焊工艺---------------------操作技术收弧（延时通气）（多加焊丝，填满弧坑）电流衰减提高焊枪引出板2020/7/5杨建国57第四节TIG焊工艺---------------------操作技术夹具–成形–防止变形2020/7/5杨建国58第四节TIG焊工艺---------------------操作技术混合气体保护