TIG焊原理简介与发展.ppt

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钨极氩弧焊TIG焊工艺简介定义非熔化极惰性气体保护焊（TungstenInertGasarcWelding），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01020304氩弧焊设备不同材料的焊接与MIG焊对比TIG焊发展分支01氩弧弧焊设备氩弧焊设备水冷式气冷式氩弧焊枪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。

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3mm）采用等速送丝方式；粗丝（焊丝直径大于3mm）采用弧压反馈的变速送丝方式。

02与与MIG焊对比比MIG焊MIG焊（MetalInertGasArcWelding），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TIGMIG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。

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，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不同材料的不同材料的焊接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。

一般而言，焊接速度在100150mm/min之间，焊接电流根据焊缝厚度在50200A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04TIG焊发展分支展分支激光辅助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采用两块尺寸150m150m6m的铝合金板使用相关优化参数进行TIG焊接采用激光与TIG电弧复合后对试件进行焊接，其余焊接参数与TIG焊接参数完全相同。

焊后检测焊缝表面形貌横截面微观组织分析力学性能测试实验结果激光对焊缝形貌的影响图图3.3.两种焊接方法焊接表面形貌。

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焊接头组织宽度实验结果激光对焊缝组织的影响图图4.4.焊缝中心区微观组织对比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图4.4.焊缝中心区微观组织对比焊缝中心区微观组织对比结论较TIG焊，激光复合TIG焊焊缝表面形貌较平整，熔深增加，熔宽减少。

激光辅助TIG焊较单独TIG焊焊缝晶粒细化，接头抗拉伸性能提高。

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3mm），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8mm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“Heiple”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12mm。

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9mm，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。

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