钨极惰性气体保护焊实训报告

钨极惰性气体保护焊（TIG）实训报告

一、实训目的

为了提高实际操作的能力，掌握钨极氩弧焊的基本操作技能，能根据材料的结构特点及焊缝形状尺寸，正确选择焊接材料和焊接工艺参数，使我们在掌握书本知识的同时注意实践技能的培养，更好地提升自身的实践能力。

二、钨极氩弧焊(TIG)工作原理

钨极氩弧焊是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法，焊接过程如图1所示。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而获得优质的焊缝。焊接过程根据工件的具体要求可以或者不加填充焊丝。

图1 钨极氩弧焊

1-喷嘴 2-钨极 3-电弧4焊缝 5-工件 6-熔池 7-填充焊丝 8-惰性气体

三、钨极氩弧焊(TIG)的优缺点

1、氩气具有极好的保护作用，能有效地隔绝周围空气；它本身既不与金属发生化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中熔池的冶金反应简单且容易控制，因此为获得高质量的焊缝提供了良好条件。

2、钨极氩弧焊非常稳定，即使在很小的电流情况下（<10A）仍可稳定燃烧，特别适合于薄板材料焊接。

3、热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整，所以这种焊接方法可进行全位置焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。

4、由于填充焊丝不通过电流，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。

5、交流氩弧焊具有在焊接过程中能够自动清除工件表面氧化膜的作用，因此，可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及其合金。

6、钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此，熔敷速度小，熔深浅、生产率低。

7、采用的氩气较贵，熔敷率低，且氩弧焊机又较复杂，和其它焊接方法（如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊）比较，生产成本较高。

8、氩弧受周围气流影响较大，不适宜室外工作。

综上所述，钨极氩弧焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于焊接铝、镁、钛、铜等有色金属，以及不锈钢、耐热钢等。对于低熔点和易蒸发的金属（如铅、锡、锌），焊接较困难。

四、钨极氩弧焊种类及特点

不同的金属材料，在进行钨极氩弧焊时要求不同的电流种类及极性。铝、镁及其合金一般选用交流，而其它金属焊接均采用直流正接。

1、直流钨极氩弧焊

直流钨极氩弧焊时采用直流电流，没有极性变化，因此电弧燃烧非常稳定。然而它有正、负极性之分。工件接电源正极，钨极接电源负极称为正接法；反之，则称为反接法。

1)直流正接：电弧燃烧时，弧柱中的电子流从钨极跑向工件，正离子流跑向钨极。由于此时钨极为阴极，具有很强的热电子发射能力，大量高能量的电子流从阴极表面发射出来，跑向弧柱。在发射电子流的同时，这些具有高能的电子要从阴极带走一部分能量，即阴极以气化潜热形成失掉一部分能量，这些能量的损失将造成阴极表面的冷却，此时钨极烧损极少。同时由于阴极斑点集中，电弧比较稳定，工件受到质量很小的电子流撞击，故不能除去金属表面的氧化膜。除铝、镁合金外，其它金属表面不存在高熔点的氧化膜问题，故一般金属焊接均采用此种焊接方法。

采用直流正接有如下优点：

(1)工件为阳极，接受电子轰击放出的全部动能和逸出功，电弧比较集中，阳极加热面积比较小，因此获得窄而深的焊缝。

(2)钨极的热电子发射能力强，所以直流正接时电弧非常稳定。

(3)钨极发射电子的同时，具有很强的冷却作用，所以钨极不易过热，采用直流正接法钨极允许通过的电流要比焊接时大很多。

2)直流反接法：反接时弧柱内的电子流跑向钨极而正离子流跑向工件。当离子流撞向工件时，工件表面的氧化膜会自动地破碎被清除，即出现所谓的阴极清理作用。而钨极受到电子流的撞击，把电子流所携带的能量以凝固热形式吸收进来，使得钨极具有很高的温度而过热，导致熔化，所以反接时钨极允许承受的焊接电流很小。焊接的工件材料如钢、铝、铜等一般都属冷阴极材料，其电子发射主要为场致发射，场致发射时对阴极材料没有冷却作用，所以工件所处的温度较

高，但由于氧化膜存在，阴极斑点在氧化膜上来回游动，电弧不集中，加热区域大，因此电弧不稳，且熔深浅而宽，此法生产率低，电弧稳定性不好，一般不推荐使用。

2、交流钨极氩弧焊

交流电流的极性是在周期性地变换，相当于在每个周期里半波为直流正接，半波为直流反接。正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而又不致于过热，有利于电弧的稳定。反接的半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。这样，同时兼顾了阴极清理作用和钨极烧损少、电弧稳定性好的效果。对于活泼性强的铝、镁、铜等金属及其合金一般都选用交流氩弧焊。

交流氩弧焊较直流氩弧焊复杂，主要表现在以下几方面：

1)阴极清理作用

当工件为负极时，表面生成的氧化膜逸出功小，易发射电子，所以阴极斑点总是优先在氧化膜处形成。工件为冷阴极材料时，阴极区有很高的电压降，因此阴极斑点能量密度相当高，远远高于阳极。正离子在阴极电场作用下高速撞击氧化膜，使得氧化膜破碎，分解而被清理掉，接着阴极斑点又在邻近氧化膜上发射电子，继而又被清理，阴极斑点始终在金属表面的氧化膜上游动，被清理的氧化膜面积也不断地扩大，直到在氩气所能保护的范围内。清理作用的强弱与阴极区的能量密度和正离子质量有关，能量密度越高，离子质量越大清理效果越好。正接时，工件转为阳极，不存在清除氧化膜的功能。

2)直流分量

交流钨极氩弧焊的正半波时，钨极为负极，因具有熔点和沸点高，且导热差，直径小，则钨极具有很高温度使得热电子发射容易，所以电弧电压低，焊接电流大，导电时间长；负半波时，工件为负极，其熔点和沸点低，且尺寸大，散热快，电子发射困难，所以电弧电压高，焊接电流小，导电时间短。由于正负半波电流不对称，在交流焊接回路中存在一个由工件流向钨极的直流分量，这种现象称为电弧的“整流作用”。电极和工件的熔点、沸点、导热性相差越大（如钨和铝、镁），上述不对称情况就越严重，直流分量就越大。

直流分量的存在减弱了阴极清理作用，使焊接过程困难，另外，直流分量磁通将使得焊接变压器铁芯饱和而发热，降低功率输出甚至烧毁变压器。为此要降低或消除直流分量。可在焊接回路中串接无极性的电容器组，容量按300~400μF/A计量。

3)引弧和稳弧性能差

由于交流氩弧焊的电压和电流随着时间其幅值和极性在不断地变化，每秒有100次过零，因此电弧的能量也是不断地在变化，电弧空间温度随之而改变。电