钨极氩弧焊

项目六钨极氩弧焊

教学目标：了解钨极氩弧焊过程、特点及应用范围；

能合理选用焊接材料；

能合理制定钨极氩弧焊焊接工艺；

掌握典型焊接接头的钨极氩弧焊操作技术；

了解钨极氩弧焊新技术。

教学活动设计：1在实训室中进行讲练结合的现场教学；

2．利用多媒体课件、仿真等辅助教学；

教学重点：合理制定钨极氩弧焊焊接工艺；

掌握典型焊接接头的钨极氩弧焊操作技术；

教学难点：对工艺制定及操作的掌握。

学习单元一认知钨极氩弧焊

一、TIG焊的原理

TIG焊是在惰性气体的保护下，利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（也可以不加填充焊丝），形成焊缝的焊接方法，如图6-1所示。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，保护电极和焊接熔池以及临近热影响区，以形成优质的焊接接头。

TIG焊分为手工和自动两种。焊接时，用难熔金属钨或钨合金制成的电极基本上不熔化，故容易维持电弧长度的恒定。填充焊丝在电弧前方添加，当焊接薄焊件时，一般不需开坡口和填充焊丝；还可采用脉冲电流以防止烧穿焊件。焊接厚大焊件时，也可以将焊丝预热后，再添加到熔池中去，以提高熔敷速度。

TIG焊一般采用氩气作保护气体，称为钨极氩弧焊。在焊接厚板、高导热率或高熔点金属等情况下，也可采用氦气或氦氩混合气作保护气体。在焊接不锈钢、镍基合金和镍铜合金时可采用氩一氢混合气作保护气体。

二、TIG焊的特点

TIG焊与其他焊接方法相比有如下特点：

（1）可焊金属多氩气能有效隔绝焊接区域周围的空气，它本身又不溶于金属，不和金属反应；TIG焊过程中电弧还有自动清除焊件表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接其他焊接方法不易焊接的易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。

（2）适应能力强钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流下也能稳定燃烧；不会产生飞溅，焊缝成形美观；热源和焊丝可分别控制，因而热输入量容易调节，特别适合于薄件、超薄件的焊接；可进行各种位置的焊接，易于实现机械化和自动化焊接。

（3）焊接生产率低钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其颗粒可能进入熔池，造成夹钨。因而TIG焊使用的电流小，焊缝熔深浅，熔敷速度小，生产率低。

（4）生产成本较高由于惰性气体较贵，与其他焊接方法相比生产成本高，故主要

用于要求较高产品的焊接。

三、TIG焊的应用

TIG焊几乎可用于所有钢材、有色金属及其合金的焊接，特别适合于化学性质活泼的金属及其合金。常用于不锈钢、高温合金、铝、镁、钛及其合金以及难熔的活泼金属（如锆、钽、钼铌等）和异种金属的焊接。

TIG焊容易控制焊缝成形，容易实现单面焊双面成形，主要用于薄件焊接或厚件的打底焊。脉冲TIG焊特别适宜于焊接薄板和全位置管道对接焊。但是，由于钨极的载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低，TIG焊一般只用于焊接厚度在6mm以下的焊件。

学习单元二TIG焊的电流种类和极性

TIG焊时，焊接电弧正、负极的导电和产热机构与电极材料的热物理性能有密切关系、从而对焊接工艺有显著影响。下面分别讨论采用不同电流种类和极性进行TIG焊的情况。

一、直流TIG焊

直流TIG焊时，电流极性没有变化，电弧连续而稳定，按电源极性的不同接法，又可将直流TIG焊分为直流正极性法和直流反极性法两种方法。

1．直流正极性法

直流正极性法焊接时，焊件接电源正极，钨极接电源负极。由于钨极熔点很高，热发射能力强，电弧中带电粒子绝大多数是从钨极上以热发射形式产生的电子。这些电子撞击焊件（负极），释放出全部动能和位能（逸出功），产生大量热能加热焊件，从而

形成深而窄的焊缝，见图5-2a。该法生产率高，焊件收缩应力和变形小。另一方面，由于钨极上接受正离子撞击时放出的能量比较小，而且由于钨极在发射电子时需要付出大量的逸出功，所以钨极上总的产热量比较小，因而钨极不易过热，烧损少；对于同一焊接电流可以采用直径较小的钨极。再者，由于钨极热发射能力强，采用小直径钨棒时，电流密度大，有利于电弧稳定。

综上所述，直流正极性有如下特点：

1）熔池深而窄，焊接生产率高，焊件的收缩应力和变形都小。

2）钨极许用电流大，寿命长。

3）电弧引燃容易，燃烧稳定。

总之，直流正极性优点较多，所以除铝、镁及其合金的焊接以外，TIG焊一般都采用直流正极性焊接。

2．直流反极性法

直流反极性时焊件接电源负极，钨极接正极。这时焊件和钨极的导电和产热情况与直流正极性时相反。由于焊件一般熔点较低，电子发射比较困难，往往只能在焊件表面温度较高的阴极斑点处发射电子，而阴极斑点总是出现在电子逸出功较低的氧化膜处。当阴极斑点受到弧柱中来的正离子流的强烈撞击时，温度很高，氧化膜很快被汽化破碎，显露出纯洁的焊件金属表面，电子发射条件也由此变差。这时阴极斑点就会自动转移到附近有氧化膜存在的地方，如此下去，就会把焊件焊接区表面的氧化膜清除掉，这种现象称为阴极破碎（或称阴极雾化）现象。

阴极破碎现象对于焊接工件表面存在难熔氧化物的金属有特殊的意义，如铝是易氧

化的金属，它的表面有一层致密的A12O3附着层，它的熔点为2050℃，比铝的熔点（657℃）高很多，用一般的方法很难去除铝的表面氧化层，使焊接过程难以顺利。若用直流反极性TIG焊则可获得弧到膜除的显著效果，使焊缝表面光亮美观，成形良好。

但是直流反极性时钨极处于正极，TIG焊阳极产热量多于阴极（有关资料指出：2/3的热量产生于阳极，1/3的热量产生于阴极），大量电子撞击钨极，放出大量热量，很容易使钨极过热熔化而烧损，使用同样直径的电极时，就必须减小许用电流或者为了满足焊接电流的要求，就必须使用更大直径的电极；另一方面，由于在焊件上放出的热量不多，使焊缝熔深浅，生产率低。所以TIG焊中，除了铝、镁及其合金的薄件焊接外，很少采用直流反极性法。

二、交流TIG焊

交流TIG焊时，电流极性每半个周期交换一次，因而兼备了直流正极性法和直流反极性法两者的优点。在交流负极性半周里，焊件金属表面氧化膜会因“阴极破碎”作用而被清除；在交流正极性半周里，钨极又可以得到一定程度的冷却，可减轻钨极烧损，且此时发射电子容易，有利于电弧的稳定燃烧。交流TIG焊时，焊缝形状也介于直流正极性与直流反极性之间。实践证明，用交流TIG焊焊接铝、镁及其合金能获得满意的焊接质量。

但是，由于交流电弧每秒钟要100次过零点，加上交流电弧在正负半周里导电情况的差别，又出现了交流电弧过零点后复燃困难和焊接回路中产生直流分量的问题。必须采取适当的措施才能保证焊接过程的稳定进行。

综上所述，TIG焊既可以使用交流电流也可以使用直流电流进行焊接，对于直流电流还有极性选择的问题。焊接时应根据被焊材料来选择适当的电流和极性。