钨极氯弧焊原理设备及材料文档格式.docx

1、（1）钨极氩弧焊 钨极氩弧焊是采用高熔点的钨棒作为电极，在氩气层流保护下，利用钨极与焊件之间的电弧热量，来熔化填充焊丝和基体金属，以形成焊缝。钨极本身不熔化，只起发射电子产生电弧的作用。钨极氩弧焊有手工和自动2 种操作方式。手工钨极氩弧焊时，焊工一手握焊枪，另一手持焊丝，随焊枪的摆动和前进，逐渐将焊丝填入熔池之中。有时也不加填充焊丝，仅将接口边缘熔化后形成焊缝。自动钨极氩弧焊是以传动机构带动焊枪行走，送丝机构尾随焊枪进行连续送丝的焊接方式。为了防止钨极的熔化和烧损，对所用焊接电流要有所限制，这样焊缝的熔深受到景影响，因此只能用于薄板焊接，故生产率不高。为此，在钨极氩弧焊的基础上，出现了熔化极氩

2、弧焊的工艺方法。（2）熔化极氩弧焊 熔化极氩弧焊是以焊丝作为电极，在氩气层流的保护下，电弧在焊丝与焊件之间燃烧，并以一定的速度连续给送，不断熔化形成熔滴过渡到熔池中，最后形成焊缝。其操作方式有半自动和自动2 种。半自动熔化极氩弧焊是手工操作焊枪，焊丝通过送丝机构经焊枪输出。自动熔化极氩弧焊则是由传动机构带动焊枪行走，送丝机构连续送丝。熔化极氩弧焊用焊丝作为电极，可以使用大电流焊接，焊缝的熔深较大，适用于中厚板的焊接。熔化极氩弧焊是采用喷射过渡形式。熔化极氩弧焊时，当焊接电流增大到一定数值，粗滴过渡会转化为喷射过渡，这个转变发生时的焊接电流称为临界电流。在氩气气氛中产生喷射过渡要比 CO2气体保

3、护焊时容易得多，主要原因是所需的临界电流值较低。喷射过渡具有焊接过渡过程稳定、飞溅小、熔深大及焊缝成形好等特点。（3）脉冲氩弧焊 脉冲氩弧焊是向焊接电弧供以脉冲电流进行氩弧焊的一种工艺方法。钨极脉冲氩弧焊和熔化极脉冲氩弧焊目前已被推广与应用。脉冲氩弧焊使用电流恒定的直流弧焊电源，加入脉冲装置后恒定的直流转变为脉冲直流。脉冲电流的波形如图 63 所示。由图 63 中可知，整个焊接电流由基值电流 I，和脉冲电流Im2 部分组成。基值电流用来维持电弧稳定燃烧和预热电极（或焊丝）与焊件。脉冲电流是用来熔化金属，是焊接时的主要热源。在焊接过程中，当电极（或焊丝）通过脉冲电流时，焊件在电弧热的作用下形成一

4、个熔池，焊丝熔化滴入熔池;当只有基值电流作用时，由于热量减少，熔池凝固形成1个焊点。下一个脉冲作用时，原焊点的一部分与焊件新的接头处产生1个新熔池，如此循环，最后形成1条由许多搭接的焊点组成的链状焊缝。如图64 所示。通过对脉冲电流、基值电流的调节和控制，可达到对焊接热输入量的控制，从而控制焊缝的尺寸和质量。目前氩弧焊以钨极氩弧焊应用最为普遍，下面重点介绍有关钨极氩弧焊的知识。二、钨极氩弧焊的电弧特性1.氩弧的特性（1）引弧较困难 气体电离是引燃电弧的必要条件之一。而氩气气体电离所需能量较高，即氩气电离电位较高，所以引燃电弧较困难。几种常用保护气体的物理性能比较见表6-2。（2）电弧燃烧稳定氩

5、弧一旦引燃后，就能比较稳定地燃烧。这是因为氩气是单原子气体，在高温下氩气直接电离为正离子和电子，所以能量损耗低。同时，氩气的热容量与导热率较小。故将电弧空间加热到高温只要较小的热量，且电弧热量不易散失，这均有利于气体的电离，使电弧燃烧稳定。2.阴极破碎作用在焊接铝、镁及其合金时，由于金属的化学性质活泼，极易氧化，形成熔点很高的氧化膜（如 Al2O3的熔点为2 050，而 Al的熔点为657），焊接时氧化膜覆盖在熔池表面，阻碍了基体金属和填充焊丝的良好熔合，无法使焊缝良好成形。这时，要通过电弧的作用去除氧化膜。钨极氩弧焊采用直流反接时（图 65a），焊件是阴极，氩的正离子流向焊件，撞击金属熔池表

6、面，可将铝、镁等金属表面致密难熔的氧化膜击碎并去除，使焊接顺利进行，这种现象称为 作用。直流正接（图 65b）时，因为焊件表面受到比正离子质量小得多的电子撞击，不能去除氧化膜，因此没有破碎作用。三、钨极氩弧焊的种类、特点及应用1.直流钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时，直流反接钨极因接正极而温度较高 （阳极温度高于阴极温度），容易过热而烧损。因此，钨极允许使用电流很小，使焊件上产生的热量少，影响电子发射能力，造成电弧不稳定。所以，铝、镁及其合金尽可能使用交流电进行焊接。焊接不锈钢、耐热钢、钛、铜及其合金时，直流钨极氩弧焊一般都采用直流正接。因为直流电没有极性变化，并且焊件（阳极区）上的热量大，钨极

7、允许使用电流增大，电子发射能力增强，所以一经引弧便能稳定燃烧。同时，钨极不易熔化，损耗很小，而焊件的熔深较大，焊接效率明显提高。2.交流钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时，使用交流钨极氩弧焊会产生较好的焊接效果。交流电的极性是不断变化的，在正极性的半周波里钨极为阴极，可以得到冷却，减少烧损;而在反极性的半周波里钨极为阳极，有作用，熔池表面的氧化膜可以被去除。但是采用交流焊接电源时，必须采取引弧、稳弧及消除直流分量的措施。图 66 所示为交流钨极氩弧焊时利用示波器观察到的电压和电流波形。从图66a中可以看出，供给电弧的空载电压是正弦波。而电弧电压不是正弦波，受电弧空间和电极表面温度变化的影响，2 种

8、波形相差很大。由于交流电的电源是50 Hz的正弦波，所以焊接电流每秒有 100次通过零点。每次通过零点时，电弧空间没有电场，电子发射和气体电离被大大削弱。弧柱温度下降，电弧将瞬时熄灭，然后再重新引燃。当极性换向时，电源空载电压必须超过一定的引燃电压，电弧才能重新复燃，然后过渡到正常的电弧电压。交流钨极氩弧焊时，正半波钨极为阴极。由于钨极的熔点高，导热系数低，且断面尺寸小，因此热量损失少，此时钨极的阴极斑点温度很高。电弧电流较大，电弧电压较低，对引燃电压的要求不高。而在负半波时，焊件为阴极。由于焊件熔点低。导热性能好，断面尺寸又大，热量散失得快，致使金属熔池表面上阴极斑点的温度降低。电子发射能力

9、减弱。所以电弧导电困难，电弧电流小。电弧电压及再引燃电压都较高，重新引燃困难，电弧稳定性很差。在开始焊接时，电弧空间和焊件均处于室温，加之氩气气体电离时的电离电位很高，引弧就更为困难。由图 66b 可知，2 个半波的电弧电流不对称。钨极为阴极时正半波的电流大于焊件为阴极时负半波的电流。这样，在交流焊接回路中，相当于串接1个正极性的直流电源，该电源产生的直流电称为直流分量。直流分量的极性是电极为阴极，焊件为阳极，它将显著降低作用，影响熔化金属表面氧化膜的去除，并使电弧不稳定，焊缝易出现未焊透等缺陷。同时，焊接变压器还会产生直流磁通，容易使铁芯饱和耗损加大，甚至会烧坏焊机。综上分析，交流钨极氩弧焊

10、时，必须采取引弧、稳弧措施及消除直流分量。四、引弧和稳弧措施及直流分量的消除由于氩气的电离电位较高，引弧困难，虽然提高焊机的空载电压能改善引弧条件，但是对人身安全不利，因此交流钨极氩弧焊一般使用高频振荡器协助引弧;还使用脉冲稳弧器，以保证重复引燃电弧。一般采用在焊接回路中串联电容的方法消除交流电中的直流分量。1.利用高频振荡器引弧高频振荡器与焊接电源并联或串联使用，只供焊接时的第一次引弧，引弧后即切断。高频振荡器是1个高频高压发生器，可在焊接回路中加入约3 000 V的高频电压，使电弧空间产生很强的电场，加强了阴极电子发射的能力，克服了焊件电子热发射能力差和氩气电离电位高的困难。使引弧变得容易

11、。当钨极与焊件距离2 mm左右时就可使电弧引燃，不必接触引弧。2.利用脉冲稳弧器稳弧交流钨极氩胍焊时，负半波的引燃电压较高，电流通过零点之后重新引燃困难，致使电弧不稳定。脉冲稳弧器可在负半波开始的瞬间外加1个高压脉冲，迅速地向电弧放电，使电弧重新引燃。在焊接过程中，输送的高压脉冲始终与焊接电流同步，即焊接电流经过零点的瞬间输出足够功率的脉冲，保证电弧的连续燃烧，从而起到稳弧的作用。目前，常用的脉冲电压为 200250 V，脉冲电流2 A 左右。3. 串联电容消除直流分量在焊接回路中串联电容，是交流钨极氩弧焊消除直流分量的常用方法，如图 67所示。由于电容对交流电的阻抗很小，交流电可以顺利通过，

12、同时可以隔绝直流电，从而达到消除直流分量的目的。所需的电容根据焊接电流来计算，一般按 300 F/A左右估算。经过消除直流分量的交流电，可获得熔深良好、焊波均匀的焊接效果。五、钨极氩弧焊设备钨极氩弧焊机一般用于厚度 68 mm 焊件的焊接。典型的通用钨极氩弧焊机有 NSA5001 型、NSA23001 型、 NSA4300 型、NZAl 8500 型等。现以 NSA5001 型手工钨极氩弧焊机为例，介绍其组成及功能。NSA5001 型手工钨极氩弧焊机外部接线如图 68 所示，主要由焊接电源、控制箱、焊枪、供气及冷却系统等部分组成。1.焊接电源采用具有陡降外特性的 BX31500 型动圈式弧焊变

13、压器作为焊接电源。钨极氩弧焊的电弧静特性曲线是水平的，故选用陡降外特性的焊接电源，可在电弧长度受到干扰变化时，焊接电流的变化较小，电弧燃烧稳定，如图 6-9所示。负载持续率（暂载率）以百分率表示焊机必须在每个连续 10 min 的时间间隙内输出额定电流而不超过预定温度极限的那段时间。因此，国标标准的工业额定值规定了60%负载持续率，意味着焊机可在每10 min 中有6 min输出额定电流（最大电流）。因此，焊机在额定电流情况下焊接时间不能超过6 min，接着休止，然后再焊接。如果焊接持续时间超过6 min，应降低焊机输出电流。2.控制箱控制箱内装有脉冲引弧器（也是一种引弧装置，可以避免因频高压

14、而击穿线路中的元件）、脉冲稳弧器和消除直流分量的电容器等元件。3供气系统供气系统包括氩气瓶、氩气流量调节器及电磁气阀等。（1）氩气瓶 焊接用氩气以瓶装供应，其外表涂成灰色，并且注有绿色氩气字样。氩气瓶表面均刻有 TPx、WP 、质量及生产日期等参数，其中 TP是指水压试验压力，WP 是指公称工作压力氩气瓶的容积一般为 40 L，在温度 20时的满瓶压力为 14.7 MPa。（2）氩气流量调节器 它不仅能起到降压和稳压的作用，而且可方便地调节氩气流量。氩气流督调节器的外形如图 610 所示。（3）电磁气阀 电磁气阀是开闭气路的装置，由延时继电器控制，可起到提前供气和滞后停气的作用。4.冷却系统冷

15、却系统用于冷却焊接电缆、焊枪和钨极。当焊接电流小于150 A 时，可以不用水冷却。当焊接电流超过150 A 时，必须通水冷却，并以水压开关进行控制。5.焊枪焊枪的作用是装夹钨极、传导焊接电流、输出氩气流和启动或停止焊机的工作系统。（1）焊枪分类 按照型号大小，焊枪可分为大、中、小型3 种。按冷却方式不同，焊枪可分为气冷式（QQ 系列）和水冷式（QS 系列）。当焊接电流小于150 A时，可选择气冷式焊枪（图 611）;当焊接电流大于 150 A 时，必须采用水冷式焊枪。（2）焊枪喷嘴 焊枪喷嘴是决定氩气保护性能优劣的重要部件。常见的喷嘴形状如6-12所示。圆柱带锥形或圆柱带球形焊枪喷嘴的保护效果

16、最佳，氩气的气流速均匀，容易保持层流。圆锥形的焊枪喷嘴由氩气流速变快，保护效果较差，但是操作方便，熔池可见性好，也经常使用。六、钨极氩弧焊的焊接材料1.氩气氩气是一种理想的保护气体。它一般是将空气液化后采用分馏法制取，是制氧过程中的副产品。氩气的密度大，可形成稳定的气流层，覆盖在熔池周围，对焊接区有良好的保护作用。氨气是惰性气体，在常温下不与其他物质发生化学反应，高温时也不溶于液态金属中，故有利于有色金属的焊接。氩弧焊对氩气的纯度要求很高，按我国现行标准规定，其纯度应达到99.99%。2.钨极材料钨极氩弧焊对钨极材料的要求是耐高温，电流容量大，施焊损耗小，还应具有很强的电子发射能力，从而保证引

17、弧容易、电弧稳定。钨极的熔点高达 3 410，适合作为不熔化电极。（1）钨极材料的分类 常用的钨极材料有纯钨极、钍钨极和铈钨极。1）纯钨极 其牌号是 W1、W2，纯度在99.85%以上。纯钨极要求焊机空载电压较高，使用交流电时承载电流能力较差，故目前很少采用。2）钍钨极 其牌号是 WTh10、WTh15。它是在纯钨中加入1%2% 的二氧化钍（ThO2）而成。钍钨极电子发射率提高，增大了许用电流范围，降低了空载电压，改善引弧和稳弧性能，但是具有微量放射性。3）铈钨极 其牌号是 WCe20。它是在纯钨中加入 2%的氧化铈（CeO）而成。铈钨极比钍钨极更容易引弧，烧损率比后者低5%50%，使用寿命长，放射性极低。是目前推荐使用的电极材料。（2）钨极的规格 钨极的规格按长度范围供给，为76610 mm。常用的钨极直径为0.5、1.0、1.6、2.0、d2.5、3.2、4.0、5.0、6.3、8.0、10 mm 多种。（3）钨极端部形状 钨极端部的质量对焊接电弧稳定性及焊缝成形有很大的影响，因此使用前应对钨极端部进行磨削。使用交流电时，钨极端部应磨成球形，以减小极性变化对电极的损耗;使用直流电时，因多采用直流正接，为使电弧集中燃烧稳定，钨极端部多磨成圆台形; 用小电流施焊时，可以磨成圆锥形，如图 614 所示。