钨极氩弧焊焊接工艺精.ppt

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1、钨极氩弧焊焊接工艺第1页，本讲稿共25页 阴极破碎作用实质：阴极斑点的能量密度高，被质量很大的正离子撞击，致使氧化膜破碎。但是，直流反极性时，电子轰击钨极，放出大量的热量。TIG焊时。阳极热量多于阴极热量，反极性的热作用对焊接时不利的，放出的热量很容易使钨极过热熔化，同时，由于在焊件上放出的能量不够，焊缝熔深浅宽，生产率低。而且只能焊接小于3mm的薄板。所以，钨极氩弧焊中直流反接除焊接Al、Mg等薄板外很少采用。2.直流正极性 直流正极性没有阴极破碎的特点，因为：阳极斑点的密度为200A/cm2，而阴极斑点的电流密度为106 A/cm2，阳极斑点的能量比阴极斑点的能量小几百倍；同时，阳极只受到

2、质量很小的电子撞击。所以，阳极没有去除氧化膜的作用。采用直流正极性有下列优点：工件为阳极，工件接受电子轰击放出的全部能量，产生大量的热，因此熔池深而窄，生产率高，工件的收缩变形都小。钨极不易过热，钨极接收正离子轰击时放出的能量小，发射电子付出大量的逸出功。第2页，本讲稿共25页 钨棒的热发射能力很强，当采用小直径钨棒时，电流密度大，有利于电弧稳定，电弧稳定性比反极性好。所以，除焊接Al、Mg等合金外一般都采用直流正接。二、交流钨极氩弧焊 焊接Al、Mg合金一般都用交流电，这样交流负极性的半波里，阴极有去除氧化膜的作用，它可以清除熔池表面的氧化膜。正极性的半波里，钨极得到冷却，同时又发射足够的电

3、子，有利于电弧稳定。但交流电源也存在如下问题：1.直流分量，2.交流电弧的稳弧措施。1.直流分量 在交流电弧的情况下，由于电极和母材的电热物理性能以及几何尺寸等方面存在差异，造成了交流电两半周中的弧柱导电率、电场强度和电弧电压不对称，如图63所示。第3页，本讲稿共25页 正半周内，钨极为阴极，弧柱电导率高，电场强度小，电弧电压低而电流大，而母材的情况刚好相反，电场强度大而电流小，造成正负半周内电流、弧压不对称。第4页，本讲稿共25页 危害 a.使阴极去除氧化膜的作用减弱。b.直流磁通叠加在原来的交变磁通上，使铁芯在一个方向上可能达到磁饱和状态，导致变压器的激磁电流大大增加，导致变压器铁损、铜损

4、增大，效率降低，温度升高。另一方面使焊接电流的波形严重畸变。消除措施第5页，本讲稿共25页 a.在焊接回路中串接一蓄电池组，如图64 a；b.在焊接回路中接入电阻和二极管如图64b；c.在焊接回路中串接电容如图64 c。2.引弧和稳弧措施 交流电弧稳定性差，且钨极氩弧焊负半周时引弧更困难，解决的办法有：提高焊接电源的空载电压 稳弧效果好，但变压器的容量增大很多，功率因素降低，成本高，也不安全。采用高频振荡器第6页，本讲稿共25页 高频振荡器电路如图65所示。实际上它是一个LC振荡器，它由升压变压器T1，火花气隙放电器P、振荡电容Ck、高频输出变压器T2等组成。T1的二次电压为25003000V

5、，当它对CK充电时，将导致间隙为01一10mm的P击穿而产生火花放电，这时Ck和T2电感线圈Lk构成的振荡电路被P短路。P被击穿时，T1二次绕组即被短接。为保护T1不致损坏，T1设计成高漏抗变压器。此外，C为保护电容，S为门开关，都是为了防护操作者触及2500-3000V工频高压造成人身伤害。用脉冲引弧、稳弧 它可以与高频振荡器联合使用，振荡器在保证第一次引弧后即行切断，以后用脉冲放电保证重复引燃，也可以第一次引与以后的稳弧都用脉冲放电。第7页，本讲稿共25页64交流钨极氩弧焊机一、钨极氩弧焊机的一般结构 TIG焊机一般结构由焊接电源、焊炬、供气及供水系统及焊接控制装置。若是自动焊还有送丝机构

6、、小车行走机构。（一）焊接电源 TIG焊机采用直流、交流或交直流两用电源，铝及铝合金用交流电，若进行不锈钢等金属的焊接，则用直流正接。钨极氩弧焊机，无论是直流还是交流都采用陡降外特性或垂直外特性，弧长发生变化时，引起电流变化极小。（二）供气及供水系统1.供气系统 主要由氩气瓶、减压器、流量计及电磁气阀等组成。2.焊炬结构及气体保护效果1）气体保护效果第8页，本讲稿共25页 气体保护焊时，要达到保护的效果，即要求气体从喷嘴喷出后能排除空气，那么，保护气体要有合适的流态。流体有两种流态：一种是层流；一种是紊流。保护气体的保护作用主要是依靠喷嘴外端近壁层流层的作用，犹如保护膜一样，包围着氩气流，近壁

7、层流层越厚，其保持稳定气层的长度越长，保护效果越好。2）焊炬及喷嘴的结构 TIG焊焊炬的作用在于夹持电极、导电、输送保护气体。焊炬一般可分为大、中、小型三种，小型的最大电流可为100A，不用水冷，大型的可为400600A，采用水冷。焊枪的结构一般可分为两大部分：气体镇静宝和气体喷嘴。a.气体镇静室 从焊枪进气口到喷嘴入口的部分，其作用是将进入焊枪的气体气流的压力、流速沿内腔截面均匀化。一般在镇静室下面装设节流装置，常用的有钢丝网或金属隔板也可用耐热透气塑料或纤维填料等。b.喷嘴 喷嘴的结构形式、尺寸对喷嘴气体的流态及保护效果有很大的第9页，本讲稿共25页影响，经过镇静室的气流，能否在喷嘴内形成

8、近壁层流，取决于喷嘴形状和尺寸。实验证明：圆柱形喷嘴保护效果好，圆锥形的喷嘴由于出口处截面减小，气流速度变快，这是气流的挺度虽好一些，但容易造成紊流，故保护效果较差，但这种喷嘴操作方便，熔池可见性好，生产中常用。喷嘴的长度越长保护效果越好，但由于使用不方便，很少采用。3.供水系统 主要用来冷却焊接电缆、焊炬、钨棒等。（三）焊接程序控制 TIG焊工艺需要在焊接过程中实现下列程序控制：1.提前送气和滞后停气，以保护钨极及引弧、熄弧处的焊缝。2.自动控制引弧器、稳弧器的动作和切除。3.能自动接通和切断焊接电源。4.焊接电流能自动衰减，尤其是焊接环缝或裂缝敏感性强的材料。第10页，本讲稿共25页 二.

9、NSA5001型交流手工钨极氩弧焊机 （一）特点：额定焊接电流为500A，采用陡降外特性，空载电压为80V和88V两档，可通过500、380和150A焊接电流。（二）工作原理 1.焊接主回路 1）电源 NSA5001型焊机主要用来焊接Al、Mg及其合金，选用BX31500型交流弧焊机，采用陡降外特性。2）消除直流分量电路 由隔直流电容、二极管、电阻组成。3）高压脉冲旁路 高压脉冲旁路由二极管、电阻和电容组成。其作用是避免高压脉冲电流通过焊接回路造成对电源设备的损坏以及脉冲损耗。2.脉冲引弧与脉冲稳弧电路 第11页，本讲稿共25页第12页，本讲稿共25页 图66所示的为两种晶闸管脉冲引弧及稳弧电

10、路，其中图a为并联式，依靠串联在焊接回路中的脉冲变压器T2获得焊件将成为阴极前电流过零点时使VT触发的同步触发信号，在这之前被充电的C1两端电压经VT放电产生所需之稳弧脉冲，脉冲幅值降取决于T1的二次电压及R2大小。而R1则应保证C1在小于时间内充完电。图b为串联式晶闸管脉冲引弧及稳弧电路。若T1二次边为800V，C1可充电至1100V，当VT1,VT2导通时利用1：4的T2升压可在其两次边形成23KV高压脉冲，这种电路在NSA4001型手工钨极氩弧焊中采用，为了有效的利用这一高压脉冲引弧和熄弧，触发控制电路应使VT1,VT2在焊件为阴极且电压最大时触发引弧，然后在焊件成为阴极时在次触发以产生

11、稳弧脉冲。2）引弧脉冲和稳弧脉冲的相位要求 一般的氩弧焊机引弧和稳弧脉冲是由同一个电路提供的，但是两个脉冲由不同触发电路控制的，不仅两者在相位上不一样而且两者不能共存，即在引弧之前只产生引弧脉冲，而当电弧引燃之后，则只产生稳弧脉冲。第13页，本讲稿共25页 3焊接程序控制第14页，本讲稿共25页 NSA5001型焊机是用简单的电容充放电延时电路来控制气体的提前或滞后，其他程序是由继电器来控制的，没有电流衰减装配。第15页，本讲稿共25页65 熔化极氩弧焊 一、熔化极氩弧焊的特点 1)熔化极氩弧焊采用焊丝作电极，电流密度可大大提高。因而母材熔深大、焊丝熔化速度快、比TIG焊具有更高的生产率，适用

12、于中等厚度和大厚度板材的焊接。2)采用惰性气体保护，电弧燃烧稳定，熔滴过渡平稳，无激烈飞溅，焊接质量好。3)和TIG焊一样，几乎可焊接所有的金属，尤其适合于焊接铝及铝合金，铜及铜合金以及不锈钢等材料。4)熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时，一般采用直流反接，具有良好的阴极雾化作用。可实现亚射流过渡，其电弧具有很强的固有自调节作用。第16页，本讲稿共25页二 熔化极氩弧焊的应用 根据采用保护气体的类型，熔化极氩弧焊分为MG焊和MAG焊。以Ar或Ar+He作保护气体时称为MIG焊，主要用于焊接铝及铝合金。而用Ar与少量氧化性气体混合作为保护气体时，如Ar+O2、Ar+CO2或Ar+CO2+O2称为MAG

13、焊，主要用于焊接各种钢材。熔化极氩弧焊的熔滴过渡主要采用连续喷射过渡、脉冲喷射过渡和短路过渡这几种形式。焊接时应注意以下几个问题：1.喷射过渡焊接时，Ua应选择稍低一点，使电弧略带轻微爆声，此时熔低形式属于喷射过渡中的射滴过渡。2.在中等电流范围内，可将弧长控制在喷射过渡区与短路过渡区之间，进行亚射流电弧焊接，特别在焊接Al及Al合金时。亚射流电弧的弧长自动调节系统为：等速送丝焊机匹配恒流特性电源。第17页，本讲稿共25页 如图68，当弧长由l0 变为 l1时，工作点由O变为O1，图中CC是电源外特性，因是恒流，弧压增大，弧长增加，熔化速度减小。V 熔 Vf ，O1回到O点。第18页，本讲稿共

14、25页 用亚射流焊铝有以下优点：1)与射流电弧相比，出于弧长减小，电弧呈碟形，所以阴极雾化区大，降低了铝及铝合金焊接时的焊缝起皱及形成黑粉的倾向。2)采用恒流外特性电源，当弧长在一定范围内变化时，焊接电流始终不变。因此焊缝成形比较均匀。3)射流电弧焊缝的熔深为“指形”，而亚射流电弧为“碗形”，避免了指形熔深引起的熔透不足等缺陷。采用亚射流过渡电弧焊接时，弧长调节范围不宽(例如16mm铝焊丝，在Ar气中弧长约28mm)。对于一定的焊接电流，最佳送丝速度范围较窄，如图69所示。送丝速度过小，易引起焊丝回烧；送丝速度过大，又会使焊丝粘着在焊件上。因此，采用普通的等速送丝焊机是很难用亚射流过渡电弧来进

15、行焊接，要求焊机必须带有特殊的控制系统，即送丝速度与焊接电流同步控制系统，以保证电弧在图69中阴影部分的中心线上燃烧。第19页，本讲稿共25页第20页，本讲稿共25页 3.粗丝大电流MIG焊方法 在平焊厚板时，具有熔深大，生产效率高，缺陷少，变形小等优点。但由于熔池尺寸大，为加强对熔池的保护通常采用双层保护焊枪，这样即扩大了保护区域又改善了熔深形状。电流比较大时，为保护熔池后面的焊道，还需要在双层喷嘴后面再安装附加喷嘴。三 保护气体的选择 通常熔化极氩弧焊时，应用各种混合气体的目的是：可以控制焊接电弧的形态和能量密度、提高电弧燃烧及熔滴过渡的稳定性、稳定阴极斑点、改善焊缝成形、减少焊接缺陷、提

16、高焊缝接头的综合性能、增大电弧的热功率等。下面是较为典型和常用的混合气体：1 Ar+O2 纯 Ar焊接不锈钢等材料时，存在以下一些问题：l）液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔。焊缝金属润湿性差，焊缝两侧易形成咬肉等缺陷。2)电弧阴极斑点不稳定，产生所谓阴极飘移现象。电弧根部这种不稳定，会引起焊缝熔深及焊缝成形的不规则。第21页，本讲稿共25页3）容易产生指状熔深，容易产生气孔及未焊透现象等。实践证明，在Ar中加入甚至1%的O2，便可有效地克服阴极斑点飘移现象。在混合气体中加入20%左右O2后可提高电弧温度，从而提高生产率。其接头性能，如抗气孔性能，缺口韧性等比加20%的CO2焊接时要好，

17、同时还可改善纯氩焊接时的指状熔深。由于这种气体具有很强的氧化性，故只适于焊接低碳钢和低合金钢，并应配以含Si、Mn等脱氧元素较多的焊丝。2 Ar+CO2 这种混合气体被广泛用来焊接碳钢及低合金钢。它既具有Ar弧的特点，如电弧燃烧稳定、飞溅小、容易获得轴向喷射过渡等，又克服了用单一氩气焊接时产生的阴极飘移、气孔、咬边及焊缝成形不良等问题。Ar与CQ的比例，通常为70一80%30一20%。这种比例即可用于喷射过渡电弧又可用于短路过渡及脉冲喷射过渡。而当CO2含量大于30时，不能获得喷射过渡，另外，这种气体还可用来焊接不锈钢，但要控制CO2的比例不超过5，否则焊缝金属有渗碳的可能，从而降低接头的抗腐

18、蚀性能。第22页，本讲稿共25页 3.Ar+CO2+O2 实验证明：80%Ar+15%CO2+5%O2 ,混合气体对于焊接低碳钢、低合金钢是最佳的，无论焊缝成形、接头质量还是熔滴过渡和电弧稳定性方面都比采用其它混合气体更好。焊缝截面如图610所示。4.Ar+He 和Ar一样，He也是惰性气体，He气密度比空气小，热导率和电离电位比Ar气高得多。在相同的电弧长度下，电弧电压较高，电弧温度也比氩弧高得多，Ar中He加入后能控制阴极斑点的位置第23页，本讲稿共25页提高电弧对焊件的热输入使熔池的流动性、熔深形状和熔池中气体析出的条件等得到改善，这在焊铝时尤为重要。当焊接铜及铜合金时，Ar+He可以降低焊前预热温度，75%He时，可以实现无预热焊接。第24页，本讲稿共25页习题：1.交流钨极氩弧焊时，直流分量是如何产生的？有何危害？该如何消除？2.直流钨机氩弧焊时，通常采用什么极性，为什么？3.NSA500-1焊机采用什么引弧、稳弧措施？其相位关系如何？为什么？第25页，本讲稿共25页