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1、钨极氩弧焊,TIG焊工艺简介,定义,非熔化极惰性气体保护焊（Tungsten Inert Gas arc Welding），又称TIG焊，实际生产中通常指钨极氩弧焊（此后提到TIG焊均指钨极氩弧焊），是采用钨丝作为电极材料，并以惰性气体“氩气”作为保护气体的一种电弧焊接方法。它是利用专用的氩弧焊枪，从喷嘴中喷出氩气流，保护电弧与空气隔绝，电弧和熔池在气流层的包围中燃烧、熔化，通过填丝或不填丝，把两块分离的金属牢固地连接在一起，形成永久性接头的过程。,目录,01,02,03,04,氩弧焊设备,不同材料的焊接,与MIG焊对比,TIG焊发展分支,01,氩弧焊设备,氩弧焊设备,水冷式气冷式,氩弧焊枪,
2、水冷系统送丝机构,水冷系统及送丝机构,交流、直流逆变式脉冲式,氩弧焊机电源,氩气瓶、减压器、气体流量计、电磁气阀,供气系统,氩弧焊焊机组成,氩弧焊机电源,交流钨极氩弧焊机 普通交流钨极氩弧焊机是最简单的焊接电源，它主要是焊接变压器（即弧焊变压器），弧焊变压器的伏安特性通常为恒流特性。这种交流焊接电压器，可分为动铁芯式和动圈式两大类。,动铁芯式,动圈式,弧焊电枪,钨极氩弧焊的焊枪，按冷却类型可分为水冷式和气冷式两种。钨极氩弧焊的电极，一般采用钨铈合金，这种合金电极的使用寿命长，损耗低，引弧性能好。喷嘴由陶瓷材料制作，绝缘、耐热性好。,供气系统,供气系统包括氩气瓶、减压器、气体流量计及电磁气阀等。
3、电磁气阀是开闭气路的装置，它由焊机内的延时继电器控制。可起到提前供气和滞后停气的作用。当切断电源时，电磁气阀处于关闭状态；接通电源后气阀芯子联通密封塞被吸上去，气阀打开，气体进入焊炬。,水冷及送丝,水冷系统 TIG焊在采用大电流或连续焊接时，需要有一套水冷却系统，用于冷却焊炬和导线电缆。水冷系统一般可以采用城市自来水或独立的循环冷装置。在水路中，装有水压开关，以保证在冷却水接通后才能启动焊机。,水冷及送丝,送丝机构 在自动或半自动TIG中，送丝装置是重要的组成部分。送丝系统的稳定性和可靠性，直接影响着焊接质量。通常，细丝（焊丝直径小于3 mm）采用等速送丝方式；粗丝（焊丝直径大于3 mm）采用
4、弧压反馈的变速送丝方式。,02,与MIG焊对比,MIG焊,MIG焊（Metal Inert Gas Arc Welding），熔化极惰性气体保护焊，是使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。,MIG焊,在熔化极电弧中，高温等离子体中的气体原子电离成正离子和电子，电子从阴极向阳极运动，而正离子从阳极向阴极运动，采用直流反极性接法（DCEP）时（熔化极电弧焊通常采用的这种接法），电子从工件向焊丝运动，正离子从焊丝向工件运动。电子是电流的主要载体，电子流占电流的绝大多数。传统电流方向是从焊丝指向工件。,MIG焊,MIG焊具有以下特点：(1)单原子惰
5、性气体保护，电弧燃烧稳定，熔滴细小，熔滴过渡过程稳定，飞溅小，焊缝冶金纯净度高，力学性能好。(2)焊丝作为熔化极，电流密度高，母材熔深大，焊丝熔化速度和焊缝熔敷速度高，焊接生产率高，尤其适用于中等厚度和大厚度结构的焊接。(3)铝及铝合金的MIG焊时，一般采用直流反极性，具有良好的阴极清理作用，用亚射流过渡时，电弧具有很强的固有自调节作用。(4)几乎可焊所有金属，尤其适用于铝镁及其合金，铜及其合金，钛、镍及其合金，不锈钢等材料的焊接。,MIG和TIG,MIG焊与TIG焊的电源 一般而言，MIG焊采用直流正极性接法，即，直流正接。当采用直流正接时，MIG焊焊丝端为阳极，电子从阴极向阳极运动，使得阳
6、极温度更高，焊丝熔化速度更快。而使用TIG焊时，一般采用直流反接或正弦波交流电。当使用正弦波交流电时，电极、母材正负形互相变化，这是为了防止钨极过热而造成钨极的损耗。另外，电子打向工件时，可以起到清理工件表面氧化层的作用。这种清洗作用广泛运用于镁铝及其合金的焊接当中。,MIG和TIG,保护气体的选择TIG焊时，为了得到稳定的电弧和较大的熔深，经常要使用一定范围内的氩、氦混合气体作为保护气体，一般混合气体的比例，氩气要控制在20%25%；氦气为75%80%，这种混合比，能保持稳定的熔深，并与弧长波动无关。并且在大多数时候，还可以使用纯氩。MIG焊时，为了改善电弧的稳定性，通常还会加入1%的氧。,
7、MIG和TIG,熔滴过渡对于所有的MIG焊来说，熔滴过渡的促进力基本上是相同的。过渡熔滴的大小随着焊接方法和工艺参数的不同而不同，有些情况下比焊丝直径小，有些情况下比焊丝直径大得多。熔滴穿过电弧进行过渡的方式受表面张力、等离子流力、重力以及具有收缩效应的电磁力等的控制。熔滴上受到的这些力的合力决定了熔滴过渡的具体方式。对于TIG焊来说，如果不额外使用焊丝，就不存在熔滴过渡的问题。如果使用焊丝，则溶度过渡距离只有一半，因为焊丝处在电极与工件的中间位置。另外，由于直流反接或使用正弦波交流电，因此熔滴的受力情况也不一致。,MIG和TIG,适用范围MIG焊适用于铝镁及其合金，铜及其合金，钛、镍及其合金
8、，不锈钢等材料的焊接。焊接速度较快，是TIG焊的五倍以上效率，熔敷效率高，可以方便地进行各种位置的焊接。大部分为自动焊。TIG焊适用于几乎所有金属，焊缝质量高，电弧稳定，但是熔深较小，成本高，效率很低。是连接薄板和打底焊的极佳焊接方法。大部分为手工焊。,MIG和TIG,焊缝质量,03,不同材料的焊接,奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢的焊接性良好，因此非常适合使用TIG焊。奥氏体不锈钢的热导率小，线胀系数大。为了保持低的线能量，与碳钢相比，应选用较小的电流，因为不锈钢 传热较差，容易导致过热；线胀系数大，随着线能量的增加，会导致更大的变形。因此，焊接时会引起焊缝间隙尺寸的较大变化，增大了金属的熔化速度
9、。一般而言，焊接速度在100150 mm/min 之间，焊接电流根据焊缝厚度在50200 A选择。平焊时比立焊时电流略大。氩气随着焊丝直径的增大而增加。,铝及铝合金,铝的化学活泼性强，极易被氧化，在室温中与空气接触时，就会在表面想成一层致密的氧化层。这种特性使铝及率和静的焊接生产工艺过程难以进行；焊接时，要采用很多的措施来清除来清除这种氧化膜，以保证焊接质量。铝及铝合金的焊接特点具体有以下几点：（1）极容易被氧化（2）容易产生气孔（3）热裂纹倾向大（4）需用强热源焊接（5）易烧穿和塌陷（6）易变形（7）合金元素容易蒸发和烧损（8）焊接热对基体金属强度的影响,铝及铝合金,镁及镁合金,TIG焊是镁
10、及镁合金最普遍采用的焊接方法。采用TIG来焊接镁及镁合金，能提高精度地控制输入量。像铝一样，镁是一种活泼性强的活性金属，镁能在氧气中燃烧，它的表面总是覆盖着一层氧化物，采用交流焊接能渗透它。镁的其他特点是导热性强、线膨胀系数大和熔点低（651）。因而，焊接时必须高精度地控制热输入量。焊接时，要采用短弧，在熔池的前沿加入焊丝，一般要采用全惰性气体保护，防止氧化。,镁及镁合金,04,TIG焊发展分支,激光辅助TIG焊,激光电弧复合焊接技术由英国伦敦帝国大学学者W.Steen于20世纪70年代末期首次提出，其特有的优越性和应用潜力受到人们的广泛关注。它是将物理性质能量传输机制截然不同的两种热源复合在
11、一起，同时作用于同一加工位置的焊接方法，激光与电弧的复合使得两种热源充分发挥了各自的优势，又相互弥补了对方的不足，从而形成一种高效稳定的热源。作用机理：在这种方式中，电弧能量占据主要作用，一般采用不足以形成深熔小孔的激光辅助电弧进行焊接。2001年美国的 C.E.Albright等人首先对这种低功率激光辅助电弧焊接方法进行了研究，发现利用一个能量很低的激光束就能够引燃引导和压缩电弧。,激光引弧机制,激光引弧机制,激光引弧机制,激光引弧机制,实验简介,实验结果,激光对焊缝形貌的影响,图3.两种焊接方法焊接表面形貌。,实验结果,激光对焊缝熔深、熔宽的影响,表1.TIG焊和激光辅助TIG焊接头组织宽
12、度,实验结果,激光对焊缝组织的影响,图4.焊缝中心区微观组织对比,实验结果,激光对接头抗应力性能的影响,图4.焊缝中心区微观组织对比,结论,活性剂TIG焊,活性剂TIG焊，又称A-TIG，它是通过焊前在待焊工件表面涂覆某种活性焊剂，以引起电弧收缩、电弧能量密度增加、电弧力增强，熔池熔液表面张力增加，最终使得焊缝熔深增加的焊接方法。该方法最早是乌克兰巴顿焊接研究所（）在世纪年代开发出的，但直到年代末欧美国家的研究机构（如美国的爱迪生焊接研究所和英国焊接研究所等）才开展广泛的研究，其中英国焊接研究所开发的焊剂已经在海军造船业中使用。目前该焊接方法已经应用于碳钢、不锈钢、镍基合金、钛合金及铝合金的焊
13、接，其生产效率高、成本低、焊接变形小，具有广阔的应用前景。,A-TIG工艺特点,常规TIG焊主要缺点是熔深较浅（小于3 mm），焊接效率低，焊接参数对材料成分的变化比较敏感，对于厚板焊接需要开坡口以便进行多道焊，多道焊时焊接变形和热影响区变大，影响接头质量；加大焊接电流可以增加焊接熔深，但是熔宽和熔池体积亦会增加，并且增大幅度远大于熔深增幅；同时还会增加钨极的损耗，造成焊缝金属的污染。在相同的焊接规范下，A-TIG焊接电弧会产生明显的收缩，熔池的流动也发生显著变化，可以使熔深增加12倍。对于8 mm厚板焊接可以不开坡口一次焊透，对于薄板可以在不改变焊接速度的情况下减小焊接热输入。与常规TIG焊
14、相比较，A-TIG焊不仅可以提高生产效率，降低生产成本，而且还可以减小焊接变形，具有非常重要的应用前景。与同等厚度的常规 TIG焊接相比，非常适合薄壁小直径管管、管板的焊接。与传统的焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊等焊接方法相比，A-TIG焊焊接质量更可靠，生产效率更高；与先进的激光焊、电子束焊以及等离子弧焊相比，A-TIG焊所用的活性焊剂成分范围大，来源丰富，价格便宜，无需昂贵的焊接设备，使得A-TIG焊具有成本低、经济效益好的优点。,机理,活性焊剂增大A-TIG焊熔深的机理 有关活性焊剂增加A-TIG焊熔深作用机理的研究，目前认为最具代表性的理论是Simonik提出的“电弧收缩理论”和“He
15、iple”提出的“表面张力温度梯度改变理论”。前者讨论的是活性焊剂与电弧之间的作用，认为活性焊剂的加入会金银器电弧收缩，电弧电导面积减小，电流密度增大，单位面积热输入增加，从而增大熔深。后者讨论的是活性焊剂与熔池金属之间的作用。当熔池表面没有表面活性元素时，表面张力温度梯度为负值，表面张力随温度的升高而减小，熔池表面形成从中心流向周边的Marangoni对流，得到宽而浅的熔池；当熔池表面存在活性剂时，表面张力温度梯度由负变正，表面张力随着温度的升高而增大，熔池表面形成从周边向中心的Marangoni对流，形成浅而深的熔池。但是这两种理论均没有与活性剂本身的物理性质相结合，尚缺乏统一的认识。,电弧收缩理论,电弧收缩理论,表面张力理论,A-TIG实验,无活性剂,有活性剂,A-TIG的应用,A-TIG焊在焊接领域内得到广泛运用。在20世纪90年代，前苏联将A-TIG用于低合金钢的焊接，最大焊接厚度达到12 mm。美国开发了一种活性焊剂可用于焊接多种奥氏体不锈钢，并且焊缝熔深达到9 mm，已投入工业使用。美国开发的不锈钢与碳钢氩弧焊焊剂已用于造船业，能够节省工时达75%，目前已经用于船舰、潜艇的管道以及零部件焊接。近年来，日本研究了一种可用于氩弧焊的活性焊剂，用于修复电厂热力管道焊接接头处产生的裂纹，取得了良好的效果。,感谢观看,THANKS,
