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1、焊接氩弧焊实训项目教学教案氩弧焊实训项目课题一平敷焊一、知识目标和能力目标：（一）知识目标1、理论（1） 了解氩弧焊的特点（2） 掌握氩弧焊的适用范围及分类2、技能（1） 熟悉氩弧焊机（2） 掌握氩弧焊的平敷焊技术（二）能力目标：1、理论（1） 能够知道氩弧焊的优点及缺点（2） 能够知道氩弧焊的适用范围2、技能（1） 能够熟练的调节氩弧焊机的各个参数（2） 能够实现氩弧焊的平敷焊二、知识要点氩弧焊概述氩弧焊是以氩气作为保护气 一种气体保护电弧焊方法1、 氩弧焊的过程氩弧焊的焊接过程如图43所示。从焊枪喷嘴中喷出的氩气流，在焊接区形成厚而密的气体保护层而隔绝空气，同时，在电极(钨极或焊丝)与焊件

2、之间燃烧产生的电弧热量使被焊处熔化，并填充焊丝将被焊金属连接在一起，获得牢固的图43氩弧焊示意图a) 钨极氩弧焊b)熔化极氩弧焊1熔池2喷嘴3钨极4气体5焊缝6焊丝7送丝滚轮焊接接头。2、 氩弧焊的特点(1) 焊缝质量较高由于氩气是惰性气体，可在空气与焊件间形成稳定的隔绝层，保证高温下被焊金属中合金元素不会氧化烧损，同时氩气不溶解于液态金属，故能有效地保护熔池金属，获得较高的焊接质量。(2) 焊接变形与应力小由于氩弧焊热量集中，电弧受氩气流的冷却和压缩作用，使热影响区窄，焊接变形和应力小，特别适宜于薄板的焊接。(3) 可焊的范围广几乎所有的金属材料都可进行氩弧焊。通常，多用于焊接不锈钢、铝、铜

3、等有色金属及其合金，有时还用于焊接构件的打底焊。(4) 操作技术易于掌握采用氩气保护无熔渣，且为明弧焊接，电弧、熔池可见性好，适合各种位置焊接，容易实现机械化和自动化。3、 氩弧焊的分类和适用范围氩弧焊根据所用的电极材料，可分为钨极(不熔化极)氩弧焊(用TIG表示)和熔化极氩弧焊(用MIT表示)；按其操作方式可分为手工、半自动和自动氩弧焊；若在氩弧焊电源中加入脉冲装置又可分为钨极脉冲氩弧焊和熔化极脉冲氩弧焊。分类如图44所示图44氩弧焊的分类氩弧焊的适用范围被焊材料焊件厚度(mm)焊接方法电源种类和极性钛及钛合金0.50.02.0钨极氩弧焊熔化极氩弧焊直流正接直流反接镁及镁合金0.55.02.

4、0钨极氩弧焊熔化极氩弧焊交流或直流反接直流反接铝及铝合金0.54.03.0钨极氩弧焊熔化极氩弧焊交流或直流反接直流反接铜及铜合金0.53.0钨极氩弧焊熔化极氩弧焊直流正接直流反接不锈钢、耐热钢0.53.02.0钨极氩弧焊熔化极氩弧焊直流正接或交流直流反接三、焊前准备1、准备好焊接材料及设备。2、焊前清理。四、操作要领：平敷焊1、引弧手工钨极氩弧焊通常采用引弧器进行引弧。这种引弧的优点是钨极与焊件保持一定距离而不接触，就能在施焊点上直接引燃电弧，可使钨极端头保护完整，钨极损耗小，以及引弧处不会产生夹钨缺陷。没有引弧器时，可用紫铜板或石墨板作引弧板。将引弧板放在焊件接口旁边或接口上面，在其上引弧，

5、使钨极端头加热到一定温度后(约1s)，立即移到待焊处引弧。 这种引弧适宜普通功能的氩弧焊机。但是，在钨极上与紫铜板(或石墨板)接触引弧时，会产生很大的短路电流，很容易烧损钨极端头。2、收弧收弧方法不正确，容易产生弧坑裂纹、气孔和烧穿等缺陷。因此，应采取衷减电流的方法，即电流自动由大到小地逐渐下降，以填满弧坑。一般氩弧焊机都配有电流自动衰减装置，收弧时，通过焊枪手把上的按钮断续送电来填满弧坑。若无电流衰减装置时，可采用手工操作收弧，其要领是逐渐减少焊件热量，如改变焊枪角度、稍拉长电弧、断续送电等。收弧时，填满弧坑后慢慢提起电弧直至灭弧，不要突然拉断电弧。当熄弧后，氩气会自动延时几秒钟停气(因焊机

6、具有提前送气和滞后停气的控制装置)，以防止金属在高温下产生氧化。3、在铝板上平敷焊1)焊件与焊丝清理 铝合金材料的表面氧化铝薄膜必须清除干净，尤其是焊件接口处。清理方法有两种：化学清理法：首先用汽油或丙酮去除油污，然后将焊件和焊丝放在碱性溶液中浸蚀，取出后用热水冲洗，再接焊件和焊丝放在30%50%的硝酸溶液中进行中和，最后用热水冲洗干净并烘干。机械清洗法：在去除油污后，用钢丝刷或砂布将焊接处和焊丝表面清理至露出金属光泽。也可用刮刀清除焊件表面的氧化膜。2)选择焊接工艺参数 选用钨极直径2mm，焊丝直径2mm,焊接电流70100A，氩气流量67L/min。3)操作方法 电弧引燃后，要保持喷嘴到焊

7、接处一定距离并稍作停留，使母材上形成熔池后，再给送焊丝，焊接方向采用左焊法。焊枪与焊件表面成80左右的夹角，填充焊丝与焊件表面1015为宜，如图45所示。图45焊枪、焊件与焊丝的相对位置焊接过程中，焊丝的送进方法有两种，一种是左手捏住焊丝的远端，靠左臂移动送进，但送丝时易抖动，不推荐使用。另一种方法是以左手的拇指、食指捏住，并用中指和虎口配合托住焊丝下部(便于操作的部位)。需要送丝时，将弯曲捏住焊丝的拇指和食指伸直，即可将焊丝稳稳地送入焊接区，然后借助中指和虎口托住焊丝，迅速弯曲拇指、食指，向上倒换捏住焊丝，如此重复，直到焊完。填充焊丝时，焊丝的端头切勿与钨极接触，否则焊丝会被钨极沾染，熔入熔

8、池后形成夹钨。焊丝送入熔池的落点应在熔池的前缘上，被熔化后，将焊丝移出熔池，然后再将焊丝重复地送入熔池。但是填充焊丝不能离开氩气保护区，以免灼热的焊丝端头被氧化，降低焊缝质量。若中途停顿或焊丝用完再继续焊接时，要用电弧把起焊处的熔池金属重新熔化，形成新的熔池后再加焊丝，并与原焊道重叠5mm左右。在重叠处要少添加焊丝，以避免接头过高。在铝合金板的长度方向焊接平敷焊道，焊道与焊道间距为2030mm。每块焊件焊后要检查焊接质量。焊缝表面要呈清晰和均匀的鱼鳞波纹。课题二平对接焊一、知识目标和能力目标：（一）知识目标1、理论（1） 了解氩弧焊的设备（2） 掌握氩弧焊的材料和工艺参数2、技能（1） 熟悉氩

9、弧焊机（2） 掌握氩弧焊的平对接焊技术（二）能力目标：1、理论（1） 能够知道钨极氩弧焊机的组成及所采用的焊接材料（2） 会恰当选择氩弧焊的工艺参数2、技能（1） 能够熟练的调节氩弧焊机的各个参数（2） 能够实现氩弧焊的平对接焊二、知识要点(一)钨极氩弧焊设备钨极氩弧焊机一般用于厚度68mm焊件的焊接，下面介绍NSA-500-1型手工钨极氩弧焊机的组成及功能。外部接线如图46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BX3-1-500型动圈式弧焊变压器作为焊接电源。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图46NSA

10、-500-1型手工钨极氩弧焊外部接线图1焊接变压器2控制箱（后面）3氩气瓶4电流表5控制箱（前面）6焊枪图47钨极氩弧焊电源外特性与电弧静特性的关系(2) 源，可以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47所示。(3) 控制箱 控制箱内装有脉冲引弧器9也是一种引弧装置，可以避免因高频高压而击穿线路中的元件)、脉冲稳弧器和消除直流分量的电容等元件。(4) 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。(5) 冷却系统 用来冷却焊接电缆、焊枪和钨极。如果焊接电流小于150A图48常见喷嘴形状示意图a)圆柱带锥形b)圆柱带球形c)圆锥形(6) 可以不用水冷却。使用

11、的焊接电流超过150A时，必须通水冷却，并以水压开关进行控制。(7) 焊枪 焊枪主要由枪体、钨极夹头、进气管、电缆、喷嘴、按钮开关等组成。焊枪的作用是传导电流、夹持钨极、输送氩气。焊枪喷嘴是决定氩气保护性能优劣的重要部件，常见的喷嘴形状如图48所示。圆柱带锥形或圆柱带球形的喷嘴，保护效果最佳，氩气流速均匀，容易保持层流。圆锥形的喷嘴，因氩气流速变快，保护效果较差，但操作方便，熔池可见性好，也经常使用。手工钨极氩弧焊设备的焊接控制程序如图49所示。(二)钨极氩弧焊的焊接工艺参数图49手工钨极氩弧焊焊接过程方框图手工钨极氩弧焊的主要工艺参数有：钨极直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性

12、、氩气流量、喷嘴直径、喷嘴与焊件间的距离、钨极伸出长度等。1 钨极直径与焊接电流通常根据焊件的材质、厚度来选择焊接电流。钨极直径应根据焊接电流大小而定。如果钨极粗而焊接电流小，钨极端部温度不够，电弧会在钨极端部不规则地飘移，电弧不稳定；如果焊接电流超过钨极相应直径的许用电流时，钨极端部温度达到或超过钨极的熔点， 会出现钨极端部熔化现象，甚至产生夹钨缺陷。只有钨极直径与焊接电流选择匹配时，电弧才稳定燃烧。不锈钢、耐热钢和铝合金手工钨极氩弧焊的钨极直径和焊接电流的选择分别下表。不锈钢和耐热钢手工钨极氩弧焊的焊接电流材料厚度(mm)钨极直径(mm)焊丝直径(mm)焊接电流(A)1.01.52.03.

13、0222231.61.62.02.04070508580130120160铝合金手工钨极氩弧焊的焊接电流材料厚度(mm)钨极直径(mm)焊丝直径(mm)焊接电流(A)1.523422334342222.5370809012012001301201402 电弧电压电弧电压主要由弧长决定。电弧长度增加，容易产生未焊透的缺陷，并使氩气保护效果变差，因此应在电弧不短路的情况下，尽量控制电弧长度，一般弧长近似等于钨极直径。3 焊接速度焊接速度通常是由焊工根据熔池的大小、形状和焊件熔合情况随时调节。过快的焊接速度会使气体保护氛围破坏，焊缝容易产生未焊透和气孔；焊接速度太慢时，焊缝容易烧穿和咬边。4 焊接电

14、源的种类和极性钨极氩弧焊可以采用交流或直流两种焊接电源，采用哪种电源与所焊金属或合金种类有关；采用直流电源时还要考虑极性的选择。见下表电源种类和极性的选择材料直流交流正极性反极性铝及铝合金铜及铜合金铸铁低碳钢、低合金钢高合金钢、镍及镍合金、不锈钢钛合金注：-最佳 -可用 -最差5 氩气流量与喷嘴直径喷嘴直径的大小，直接影响保护区的范围，一般根据钨极直径来选择。可按下列经验公式确定：D=2d+4式中 D -喷嘴直径，mm; D -钨极直径，mm。通常焊枪选定之后，喷嘴直径很少改变，而是通过调整氩气流量来加强气体保护效果。流量合适时，熔池平稳，表面明亮无渣，无氧化痕迹，焊缝成形美观；流量不合适，熔

15、池表面有渣，焊缝表面发黑或有氧化皮。氩气的合适流量可按下式计算：qv=(0.81.2)D式中 qv -氩气流量，L/min; D -喷嘴直径，mm。当D较小时，qv取下限；D较大时，qv取上限。6 喷嘴与焊件间的距离喷嘴与焊件间的距离以814mm为宜。距离过大，气体保护效果差；若距离过小，虽对气体保护有利，但能观察的范围和保护区域变小。7 钨极伸出长度为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部应突出喷嘴以外，其伸出长度一般为34mm。伸出长度过小，焊工不便于观察熔化状况，对操作不利；伸出长度过大，气体保护效果会受到一定的影响。气体保护效果的好坏，常用焊点试验法来判断。具体方法是在铝板上点焊，电弧引燃后焊

16、枪固定不动，待燃烧510s后断开电源。这时铝板上焊点周围因受到“阴极破碎”作用，出现银白色区域(图)，这就是气体有效保护区域，称为去氧化膜区，其直径越大，说明保护效果好。另外，在生产实际中也可以通过直接观察焊缝表面色泽和是否存在气孔来判定气体保护效果如何，见下表。不锈钢、铝合金气体保护效果的判定焊接材料最好良好较好最坏不锈钢银白、金黄蓝色红灰黑色铝合金银白色黑灰色以下列举铝及铝合金的手工钨极氩弧焊主要焊接工艺参数，见下表。铝及铝合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数板厚(mm)坡口焊丝直径(mm)钨极直径(mm)喷嘴直径(mm)焊接电流(A)氩气流量(L/min)焊接层数(正/反)形式间隙(mm)钝边

17、(mm)11.52345681012IIIIIV70V70V70V70V700.520.520.520.520.521313242424-22221.52223334444545451.51.52333444545565757677127121214121412141214141630604070608012014012014012014018024022030026032028034046464661061091291291212151215111112/112/12/123/134/1234/12注：焊接电流适于纯铝，焊接铝镁、铝锰合金时，其电流值可降低2040A。三、焊前准备1、准备好焊

18、接材料及设备。2、焊前清理。四、操作要领：平对接焊1、 定位焊根据焊件的厚度，采取I形坡口对接，不留间隙组对，定位焊时先焊焊件两端，然后在中间加定位焊点。定位焊可以不添加焊丝，直接利用母材的熔合进行定位。也可以添加焊丝进行定位焊，但必须待焊件边缘熔化形成熔池再加入焊线，定位焊缝宽度应小于最终焊缝宽度。定位焊之后，必须校正焊件保证不错边，并作适当的反变形，以减小焊后变形。2、 操作方法(1) 易氧化在铝合金表面生成难熔的氧化铝薄膜，阻碍金属之间的熔合。因此，焊前对焊件、焊丝要做必要的清理，焊接时要注意对焊接区域的气体保护。(2) 易产生气孔图50焊枪、焊件与焊丝的相对位置要认真对焊件、焊丝油污和

19、潮气进行清除，控制氢的来源，焊接过程尽可能少中断。采用短弧焊接。(3) 易焊穿铝合金由固态转变液态时无颜色变化，焊接时常因熔池温度过高无法察觉而导致焊穿。铝合金的焊接，加热时间要短，焊接速度要快，要控制层间温度等。操作时，采用左焊法，焊丝、焊枪与焊件之间角度如图50所示，钨极伸出长度以34mm为宜。起焊时，电弧在起焊上稍停片刻，用焊丝迅速触及焊接部位进行试探，感觉到该部位变软开始熔化时，立即添加焊丝，焊丝的添加和焊枪的运行动作要配合协调。焊枪应平稳而均匀地向前移动，并保持适当的电弧长度。焊丝端部位于钨极前下方，不可触及钨极。钨极端部要对准焊件接口的中心线，防止焊缝偏移和熔合不良，焊丝端部的往复

20、送丝运动应始终在氩气保护区范围内，以免氧化。焊接过程中，若局部接口间隙较大时，应快速向熔池添加焊丝，然后移动焊枪。如果发现有下沉趋向时，必须断电熄弧片刻，再重新引弧继续焊接。收弧时，要多送一些焊丝填满弧坑，防止发生弧坑裂纹。课题三水平固定管对接焊一、知识目标和能力目标：（一）知识目标1、理论（1） 了解钨极氩弧焊的电弧特性（2） 掌握钨极氩弧焊的引弧和稳弧措施2、技能（1） 熟练操作氩弧焊机（2） 掌握氩弧焊的水平固定管对接焊平对接焊技术（二）能力目标：1、理论（1） 能够知道钨极氩弧焊中的阴极破碎作用（2） 能够知道钨极氩弧焊中引弧和稳弧的方法2、技能（1） 能够熟练的调节氩弧焊机的各个参数

21、（2） 能够实现氩弧焊的平对接焊二、知识要点(一)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。几种气体的物理性能比较见下表。几种常见保护气体的物理性能保护气体电离电位（eV）0的比热容J/(Gk)稳定性氦氩氮氢24.515.714.513.521.160.52251.036614.212良好最好满意不好（2） 电弧燃烧稳定氩弧一旦引燃后，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，故将电弧空音加热到

22、高温只要较小的热量，且电弧热量不易传失，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（如三氧化二铝的熔点为2050，而铝的熔点为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，无法使焊缝很好成形。这时，要通过电弧的“阴极破碎”作用去除氧化膜。图51阴极破碎作用示意图a)直流反接b)直流正接钨极氩弧焊采用直流反接时（图51），焊件是阴极，氩的正离子流向焊件，撞击金属熔池表面，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“阴极破碎”作用。直流正接时（

23、图51），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。3、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，钨极许用电流很小，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，钨极许用电流增大，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。4、交流钨极氩

24、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，有阴极破碎作用，熔池表面的氧化膜可以得到去除。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52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。图52交流钨极氩弧焊的电压和电流示意图a) 电压波形b)电流波形U空空載电压I焊焊接电流I直直流分量U弧1正半波引弧电压U弧2负半波引弧电压从图52中可以看出，供给电弧的空载电压是正弦波，而电弧电压不是正弧波，受到电弧空间和电极表面温度变化的影响，

25、两种波形相差很大。由于交流电的电源是50Hz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，正半波钨极其为负极。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，焊件为负极。由于焊件熔点低，导热性能好，断面尺寸又大，热量散失得快，至使金属熔池表面阴极斑点的温度降低，电子发射能力

26、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52可知，两个半波的电弧电流不对称。钨极为负极时正半波的电流大于焊件为负时负半波的电流。这样，在交流焊接回路中，相当于串接一个正极性的直流电源，该电源产生的直流电叫做直流分量。直流分量的极性是电极为负，焊件为正，它将显著降低“阴极破碎”作用，影响熔化金属表面氧气化膜的去除，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，容易使铁心饱和耗损加大，甚至会烧坏焊机。缩上分析，交流钨极氩弧焊

27、时，必须采取引弧、稳弧措施及消除直流分量。（二）、引弧和稳弧措施及直流分量的消除氩气的电离电位较高，引弧困难，提高焊机的空载电压虽然能改善引弧条件，但对人身安全不利，因此，交流钨极氩弧焊一般使用高频振荡器协助引弧。还要使用脉冲稳弧器，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、 高频振荡器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。高频振荡器是一个高频高压发生器，可在焊接回路中加入约3000V的高频电压，使电弧空音产生很强的电场，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。当钨极

28、与焊件距离2mm左右时可使电弧引燃，不必接触引弧。2、 脉冲稳弧器交流钨极氩弧焊时，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，外加一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200250V，脉冲电流2A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53所示。图53串联电容消除直流分量示意图由于电容对交流电的阻抗很小，交流电可以顺利通过，同进可以隔绝直流电，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300F/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。三、焊前准备1、准备好焊接材料及设备。2、焊前清理。四、操作要领：水平固定管对接焊1、 装配与定位焊 氩弧焊焊接管子常采用对接接头，除I形对接接头外，坡口形式多为V形，对壁厚2mm管不开坡口，不留间隙，一次焊完。例如：如果焊接所使用的不锈钢管，管壁厚度4mm，要开V形坡口，坡口角度为65，钝边为1.5mm，装配间隙1mm。坡口两侧周围及内外壁和焊丝要求清理，最好用丙酮或汽油擦洗一下，达到