第六章 钨极惰性气体保护焊

第六章 钨极惰性气体保护焊

一、教学目的：

掌握TIG焊的原理、特点及应用

掌握直流TIG焊、交流TIG焊的特点及应用 了解TIG焊的组成及设备 理解TIG焊焊接工艺参数的选择 掌握TIG焊的操作技术 了解其他的TIG方法

二、教学重点：

TIG焊的原理、特点及应用

直流TIG焊、交流TIG焊的特点及应用 TIG焊的操作技术

三、教学难点：

直流TIG焊、交流TIG焊时的优缺点及应用 TIG焊焊接工艺参数的选择

四、参考学时数：

12学时，其中实训6课时

五、主要教学内容：

第一节 TIG焊的特点及应用 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，形成焊缝的焊接方法。

TIG焊一般采用氩气作保护气体，称为钨极氩弧焊。 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

几乎可以焊接所有的金属。 （2）适应能力强

钨极电弧稳定，飞溅小，热输入容易调节，可进行各种位置的焊接。 （3）焊接生产率低

钨极承载电流能力较差，为了避免发生夹钨现象，一般TIG焊使用的电流比较小。 （4）生产成本较高

惰性气体价格比较昂贵，因此生产成本高。 三、TIG焊的应用

TIG焊几乎可以焊接所有的金属，特别适合焊接化学性质活泼的金属及其合金。 表6-1 TIG焊的应用范围

被焊材料 厚度/mm 保护气体纯度要求（%） 电流种类 操作方式 钛及钛合金 0.5以上 2以上 99.98 直流正接 手工 自动 镁及镁合金 0.5?1.5 0.5以上 99.9 交流或直流反接 手工 自动 铝及铝合金 0.5?2 0.5以上 99.9 交流或直流反接 手工 自动 铜及铜合金 0.5以上 3以上 99.7 直流正接或交流 手工 自动 不锈钢、耐热钢 0.1以上 0.5以上 99.7 直流正接或交流 手工 自动

第二节TIG焊的电流种类和极性 一、直流TIG焊

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。 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。

直流正极性可以焊接除铝、镁及其合金以外的其他金属。 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。

直流反极性TIG焊具有很好的阴极破碎作用，对铝、镁等易氧化形成致密氧化膜的金属来说，使焊缝表面光亮美观，成形良好。单钨极处在阴极时容易造成阴极过热，钨极损耗严重，而且容易给焊缝带来夹钨，焊件上得到的能量较少，因此焊缝熔深浅。

所以这种方法一般适合焊接铝、镁及其合金的薄件焊接。

表6-2 不同电流类型及极性接法的特点及应用范围 种类 直流 正极性 清除氧化膜作用 电弧热的分布 /% 引弧方式 非接触式 或接触式 稳弧装置 不需要 非接触式 不需要 不需要 小 非接触式 或接触式 不需要 不需要 大 非接触式 需要 需要 中等 非接触式 不需要 不需要 中等 工件端 电极端 无 70% 30% 反极性 强 30% 70% 脉冲（正极性） 无 70% 30% 交流 正弦波 有 50% 50% 方波 有 取决于极性宽度比 、

消除直流分量装置 不需要 钨极载流能力 大 熔深 适用范围 深而窄 用于除铝、镁及其合金以外的所有金属及合金的焊接 浅而宽 仅用于焊接厚度小于3 mm的深而窄 用于除铝、镁及其合金以外的中等 中等 常用于焊接铝、镁及其合金；也可焊接其它金属及合金，但效果不如直流正接 铝、镁及其合金 所有金属及合金的焊接

二、交流TIG焊

用交流电作焊接电源时，电流极性每半个周期交换一次，因此它兼备直流正极性法和直流反极性法两者的优点。缺点是交流电弧过零点后复燃困难和会在焊接回路中产生直流分量。

1、过零点复燃及稳弧措施 （1）提高焊接电源的空载电压稳弧 （2）采用高频振荡器稳弧 （3）采用高压脉冲稳弧 2、焊接回路中的直流分量及消除

在TIG焊中，常用以下方法限制或消除直流分量： （1）在焊接回路中串联直流电源（蓄电池） （2）在焊接回路中接入电阻和二极管 （3）在焊接回路中串联电容

第三节 TIG焊设备 一、分类及组成

TIG焊设备按照操作方式可分为手工TIG焊和自动TIG焊设备。 以手工TIG焊为例，其组成部分有： （一）焊接电源

可以采用直流、交流或矩形波弧焊电源。电源外特性为陡降外特性或垂直下降外特性。 （二）焊枪及电极 1、焊枪

TIG焊焊枪只要作用是夹持电极、导电及输送保护气体。 常有焊枪有气冷（QQ表示）、水冷（QS）两种形式。 TIG焊焊枪应满足下列要求：

1）能可靠地夹池电极，并具有良好的导电性能。 2）从喷嘴喷出的保护气具有良好的流态，保护效果可靠。 3）具有良好的冷却性能。 4）可达性好，便于操作。

5）结构简单、重量轻、耐用且维修方便。 2、电极

电极材料对电弧的稳定性和焊缝质量有很大影响。

TIG焊要求电极应满足下列三个条件： （1）耐高温，焊接过程中不易损耗 （2）电子发射能力强，利于引弧及稳弧 （3）电流容量大

表6-3 常用钨极材料的电子发射性能 电极材料 逸出功/eV 电极温度/K 1500 饱和热发射电流密度/A?cm -2W 4.5 2.3?10-7 Th-W 2.7 3?10 1.2 51 670 4450 5740 -3Zr-W 3.1 0.4?10 0.3 16.5 280 1970 2900 -3Ce(La、Y)-W 2.7 6?10 2.4 102 1340 8900 11480 -32000 2500 3000 3500 3600 1.2?10 0.38 16.3 274 453 -3

（三）控制系统

控制系统由引弧器、稳弧器、行车速度控制器、程序控制器、电磁气阀和水压开关等组成。

1、对控制系统的要求

1）提前送气和滞后停气，以保护钨极和引弧、熄弧处的焊缝； 2）自动控制引弧器、稳弧器的起动和停止； 3）手工或自动接通和切断焊接电源； 4）焊接电流能自动衰减。 2、引弧器和稳弧器 （1）高频振荡引弧器 （2）高压脉冲引弧器 （3）高压脉冲稳弧器 （四）供气供水系统

供气系统包括氩气瓶、减压器、流量计及电磁气阀等。 供水系统主要用来冷却焊接电缆、焊枪和钨棒。

第四节 TIG焊工艺 一、焊前清理

1、清除油污、灰尘

常用汽油、丙酮等有机溶剂清洗焊件和焊丝表面。

表6-4 铝及铝合金除油配方及工艺条件 除油 除油液配方/g?L-1 冲洗时间/min 除油液温度/?C 除油时间/min 30?C 室温 干燥 Na3PO4 40?50 Na2CO3 40?50 Na2CO3 20?30 水 余量 60 5?8 2 2 干布擦干

2、清除氧化膜

可以用机械清理和化学清理两种。

机械清理主要用于焊件，方法有机械加工、吹砂、磨削、抛光等。

化学清理可以利用酸、碱等试剂来对铝、镁、钛等易产生氧化膜的金属表面进行清理。

表6-5 铝及铝合金氧化膜的化学清理配方及工艺条件材料 碱液 溶液 温度/?C 纯铝 NaOH 6?10% 铝合金 同上 上 40?50 同?7 同上 同上 同上 同上 时间/min ?20 清水 HNO3 室温 1?3 清水 100?110?C烘干，同上 再置于低温干燥箱中 冲洗 中和光化 溶液 温度/?C 时间/min

冲洗 干燥

二、焊接工艺参数的影响及选择

1、焊接工艺参数对焊缝成形和焊接过程的影响 （1）焊接电流

电弧能量和焊接电流成正比关系，焊接电流越大，可焊接的材料厚度越大。 （2）电弧电压（或电弧长度）

电弧电压和焊缝成形关系密切，对熔宽、熔深、电弧力的影响较大。但电压过大，弧长过长，会导致电弧力下降，气体保护效果变差等，所以，一般在保证不短接的情况下，应尽量采用较短的电弧进行焊接。

（3）焊接速度

焊接速度与焊接的热输入有关，成反比关系。

当焊接速度过快，焊缝易产生未焊透、气孔、夹渣和裂纹等。 当焊接速度过慢，焊缝易产生焊穿和咬边等现象。 一般TIG焊时，采用较低的焊接速度比较有利。 （4）填丝速度与焊丝直径

焊丝的填丝速度与焊丝的直径、焊接电流、焊接速度、接头间隙等因素都有关。 一般电流大是送丝速度快，直径大时送死速度慢。

焊丝直径的选择和母材板厚及接头间隙、坡口形式有直接关系。 （5）保护气体流量和喷嘴直径

保护气流量和喷嘴孔径的选择是影响气保护效果的重要因素。为了获得良好的保护效果，必须使保护气体流量与喷嘴直径匹配。

（6）电极直径和端部形状

钨极电极直径的选择取决于焊件厚度、焊接电流大小、电流种类和极性。

钨极直径和端部的形状影响电弧的稳定性和焊缝成形，因此应根据焊接电流的大小来确定钨极的形状。

2、焊接参数的选择 三、TIG焊操作技术

手工TIG焊基本操作技术有 1、引弧

引弧前提前5～10秒送气。引弧方法有：高频振荡引弧（脉冲引弧）和解除引弧，最好采用非解除引弧来保护钨极，避免夹钨。

采用非解除引弧，应先保持钨极端头和焊件之间有较短距离，然后接通引弧器电路，在高频电流或高压脉冲电流的作用下引燃电弧。

2、焊接

焊接时，尽量缩短喷嘴到焊件的距离，弧长控制在4～7mm。 焊接时，为了加强气保护效果，提高焊缝质量采取如下措施： （1）加档板 （2）扩大正面保护区 （3）反面保护 3、收弧

焊缝在收弧处要求部存在明显的下凹以及产生气孔与裂纹等缺陷。

因此可以采用多加填充焊丝或用电流衰减方法来防止裂纹的产生，也可以加装引出板来处理。

熄弧时，不要立即抬起焊枪，应使焊枪在焊缝上停留3～5s，再抬起焊枪，停止供气，防止钨极和焊缝受到氧化。

第五节TIG焊的其他方法 一、脉冲TIG焊

脉冲TIG焊与一般的TIG焊的区别在于采用可控的脉冲电流来加热焊件，以较小的基值电流来维持电弧稳定燃烧。

脉冲TIG焊有交流、直流之分。 脉冲TIG焊都具有以下的基本特点：

（1）电弧压力大、挺度好，可明显地改善电弧的稳定性 （2）可控制对母材的热输入及控制焊缝成形

（3）脉冲电流对熔池的搅拌作用可改善焊缝组织及外观成形 （4）裂纹倾向小 （5）电弧热输入低 二、热丝TIG焊

1、焊接原理

在普通TIG焊的基础上，附加一根焊丝插入熔池，并在焊丝进入熔池之前约10cm处开始，由加热电源通过导电块对其通电，依靠电阻热将焊丝加热至预定温度，以与钨极成40°～60°角从电弧的后方送入熔池，完成整个过程。

2、特点

（1）优点

熔敷速度可比普通TIG焊提高2倍，提高了生产率。 （2）缺点

焊丝直径小，电阻小，需要电流大，使磁偏吹较大。 3、应用

常用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、镍和钛等金属。 三、TIG点焊

1、TIG点焊的特点

利用焊枪端部的喷嘴将两个被焊的金属压紧，保证连接面密合，然后靠钨极于母材之间的电弧使钨极下方的金属局部熔化形成焊点。

TIG点焊目前主要用来焊接不锈钢、低合金钢等。 2、TIG点焊的焊接工艺

需要焊前清理，焊接电流可以采用直流正接或交流，焊接电流较小，采用高频引弧或诱导电弧引弧。焊接时主要通过调节焊接电流值合电流持续时间控制焊点尺寸。点焊结束前应使电流自动衰减或者进行二次脉冲加热。

? 钨极氩弧焊实训（6课时），详见实训教案

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/x11r.html