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钨极惰性气体保护焊学习目标通过本单元的学习，要使学生明确钨极惰性气体保护焊的特点及应用；掌握钨极惰性气体保护焊的电流种类与极性的选择；熟悉钨极惰性气体保护焊焊接工艺等内容；并对钨极惰性气体保护焊的其他方法有一定的了解。综合知识模块一TIG焊的原理及特点钨极惰性气体保护电弧焊是指使用纯钨或钨合金作电极的非熔化极惰性气体保护焊方法，简称为TIG焊。TIG焊可用于几乎所有金属及其合金的焊接，可获得高质量的焊缝。但由于其成本较高，生产率低，多用于焊接铝、镁、钛、铜等非铁金属及合金，以及不锈钢、耐热钢等材料。能力知识点一TIG焊的基本原理TIG焊是在惰性气体保护下，利用钨极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（也可以不加填充焊丝），形成焊缝的焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，保护电极和焊接熔池以及临近热影响区，以形成优质的焊接接头。TIG焊分为手工和自动两种。焊接时，用难熔金属钨或钨合金制成的电极基本上不熔化，故容易维持电弧长度的恒定。填充焊丝在电弧前方添加，当焊接薄工件时，一般不需开坡口和填充焊丝；还可采用脉冲电流以防止烧穿工件。TIG焊一般采用氩气作保护气体，称为钨极氩弧焊。在焊接厚板、高导热率或高熔点金属等情况下，也可采用氦气或氦氩混合气作保护气体。能力知识点二TIG焊的特点TIG焊与其他焊接方法相比有如下主要特点：1.焊接质量好2．可焊金属多3．适应能力强4．焊接生产率低5．生产成本较高能力知识点三TIG焊的应用TIG焊几乎可用于所有钢材、非铁金属及其合金的焊接，特别适合于化学性质活泼的金属及其合金。常用于不锈钢、高温合金、铝、镁、钛及其合金以及难熔的活泼金属和异种金属的焊接。TIG焊容易控制焊缝成形，容易实现单面焊双面成形，主要用于薄件焊接或厚件的打底焊。脉冲TIG焊特别适宜于焊接薄板和全位置管道对接焊。但是，由于钨极的载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低，TIG焊一般只用于焊接厚度在6mm以下的工件。综合知识模块二TIG焊的电流种类和极性TIG焊时，焊接电弧正、负极的导电和产热机构与电极材料的热物理性能有密切关系、从而对焊接工艺有显著影响。下面分别讨论采用不同电流种类和极性进行TIG焊的情况。能力知识点一直流TIG焊直流TIG焊时，电流极性没有变化，电弧连续而稳定，按电源极性的不同接法，又可将直流TIG焊分为直流正极性法和直流反极性法两种方法。1．直流正极性法直流正极性法焊接时，工件接电源正极，钨极接电源负极。有如下特点：（1）熔池深而窄，焊接生产率高，工件变形小。（2）钨极许用电流大，寿命长。（3）电弧引燃容易，燃烧稳定。总之，直流正极性优点较多，所以除铝、镁及其合金的焊接以外，TIG焊一般都采用直流正极性焊接。直流反极性法有如下特点：（1）钨极许用电流小，寿命短。直流反极性时钨极处于正极，很容易使钨极过热熔化而烧损。（2）由于在工件上放出的热量不多，使焊缝熔深浅，生产率低，工件的变形大。（3）有强烈的阴极破碎作用。能清除铝、镁及其合金工件表面的氧化膜。所以TIG焊中，除了铝、镁及其合金的薄件焊接外，很少采用直流反极性法。2．直流反极性法直流反极性时工件接电源负极，钨极接正极。这时工件和钨极的导电和产热情况与直流正极性时相反。正接与反接电流种类和极性不同时纯钨极的许用电流钨极直径/mm电流种类和极性许用电流/A1~23456交流直流正接直流反接20~10065~15010~30100~160140~18020~40140~220250~34030~50220~280300~40040~80250~360350~45060~100图5-2TIG焊电流种类与极性对焊缝形状的影响示意图a）直流正极性b）直流反极性c）交流能力知识点二交流TIG焊但是，由于交流电弧每秒钟要100次过零点，加上交流电弧在正负半周里导电情况的差别，又出现了交流电弧过零点后复燃困难和焊接回路中产生直流分量的问题。必须采取适当的措施才能保证焊接过程的稳定进行。交流TIG焊时，焊缝形状也介于直流正极性与直流反极性之间。实践证明，用交流TIG焊焊接铝、镁及其合金能获得满意的焊接质量。DCACTIG焊中广泛采用的稳弧措施是利用脉冲稳弧器，在交流电流过零点进入负极性半周瞬时施加高压脉冲（其值通常在1500V以上），帮助电弧重新引燃。这种方法易保证稳弧相位要求，稳弧效果良好。1．过零点复燃及稳弧措施2．焊接回路中的直流分量及消除在使用交流TIG焊焊接时，由于电极和工件的电、热物理性能以及几何尺寸等方面存在差异，造成电弧电流在正、负半周不对称。这种电流不对称的现象相当于电弧电流由两部分组成，一部分是交流电流；另一部分是叠加在交流部分上的直流电流，后者称为直流分量。交流TIG焊时直流分量示意图直流分量的出现首先会使负极性（工件为负极）半周的电流幅值减小且作用时间缩短，因而减弱了“阴极破碎”作用；同时直流分量使焊接变压器的工作条件恶化，造成焊接变压器发热，甚至烧毁。因此必须限制或消除直流分量，才能保证焊接过程的顺利进行。在TIG焊中，常用在焊接回路中串联电容的方法限制或消除直流分量。这种方法是利用电容器隔直流、通交流的作用来消除直流分量的。这种方法能有效消除直流分量，使用和维护方便，所以得到了广泛的应用。但是，如果要通过较大的焊接电流，则需要很大的电容量，加大了设备成本。直流分量的影响及消除能力知识点三脉冲TIG焊1.脉冲TIG焊的原理薄件、超薄件焊接采用脉冲TIG焊，在脉冲焊接电流期间，电弧稳定、电弧压力大，易使母材熔化。在较低的基值电流期间可维持电弧不灭，使熔池凝固结晶。这样，大、小电流不断交替，既可避免大电流烧穿的现象，又能克服小电流电弧不稳的问题，可保证焊接过程的顺利进行。2.脉冲TIG焊的特点（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）电弧线能量低、裂纹倾向小3.脉冲TIG焊的应用使脉冲TIG焊特别适于焊接热敏感性强的金属材料或薄件，超薄件、全位置、窄间隙以及中厚板开坡口多层焊的第一层封底焊。综合知识模块三TIG焊设备TIG焊设备按焊接电源不同又可分为交流TIG焊机（包括矩形波TIG焊机）、直流TIG焊机以及脉冲TIG焊机；按操作方式可分为手工TIG焊机和自动TIG焊机两类。手工TIG焊机主要由焊接电源、焊枪、供气和供水系统以及控制系统等部分组成。自动TIG焊机则在手工TIG焊机的基础上，再增加焊接小车(或转动设备)和焊丝送给机构等组成。能力知识点一TIG焊机的分类及组成TIG焊机可以采用直流、交流或交、直流两用电源。无论是直流电源还是交流电源都应具有陡降外特性或垂直下降外特性，以保证在弧长发生变化时，减小焊接电流的波动。交流焊机电源常用动圈漏磁式变压器；直流电源可用硅整流电源、晶闸管式整流电源或逆变式整流电源。1．焊接电源矩形波弧焊电源在交流TIG焊机中的应用由于它正、负半波通电时间比和电流比值均可以自由调节。因此，把它用于铝及其合金的TIG焊接时，在弧焊工艺上具有电弧稳定，电流过零点时重新引弧容易，不必加稳弧器；通过调节正、负半波通电时间比，在保证阴极雾化作用的条件下增大正极性电流，从而可获得最佳的熔深，提高生产率和延长钨极的寿命；可不用消除直流分量装置等优点。近年来，在交流TIG焊机中逐渐应用了矩形波弧焊电源。TIG焊焊枪的作用是夹持电极、导电及输送保护气体。目前国内使用的焊枪大体上有两种：一种是气冷式焊枪，用于小电流(最大电流不超过100A)焊接，另一种是水冷式焊枪，供焊接电流大于100A时使用，其结构见图。2．焊枪电极、导电嘴和喷嘴焊接方法电极材质标志颜色直流TIG焊接2%氧化钍钨（钍）红色2%氧化铈钨（铈）灰色2%氧化镧钨（镧）黄绿色交流TIG焊接2%氧化钍钨（钍）红色2%氧化铈钨（铈）灰色纯钨（纯钨）绿色150mm钨极标志颜色不同的电极在端部有不同的颜色标记典型的TIG焊接程序流程图(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。控制系统由引弧器、稳弧器、行车(或转动)速度控制器、程序控制器、电磁气阀和水压开关等构成。3.控制系统TIG焊机的供气系统主要包括氩气瓶、减压器、流量计及电磁气阀，其组成如图5-10所示。供水系统主要用来冷却焊接电缆、焊枪和钨棒。如果焊接电流小于100A时，就不需要水冷。为保证冷却水可靠接通并有一定的压力才能启动焊接设备，通常在氩弧焊机中设有保护装置——水压开关。4．供气供水系统能力知识点二典型TIG焊机NSA-500-1型焊机主要用来焊接铝、镁及其合金的焊接构件。该机主要由弧焊电源、焊枪和控制箱等部分组成，焊机结构如图5-11所示。图5-11NSA-500-1型手工钨极氩弧焊示意图NSA-500-1型焊机电气原理如图5-12所示，它由焊接主电路、高压脉冲发生器电路、引弧触发电路、稳弧触发电路、操作程序控制电路及延时电路组成。图5—12NSA-500-1型手工钨极氩弧焊机电气原理图1)引弧器。TIG焊要求采用引弧器实现非接触引弧。引弧器有高频振荡式和高压脉冲式两种。高频振荡器是非接触式引弧的一种常用装置。2)稳弧器从前面分析可知，当用TIG焊焊接铝合金时，电流由正极性到负极性的过零瞬间，电弧重新引燃比较困难。为解决这个问题，可以采用高压脉冲稳弧器。引弧器和稳弧器NSA-500-1型焊机的操作程序由继电接触控制电路控制。该焊机的主要技术数据见表5-3。表5-3NSA-500-1型焊机主要技术数据名称数据电源电压工作电压钨极直径额定持续率额定焊接电流焊接电流调节范围氩气流量冷动水流量200/380V20V1~7mm60%500A50~500A25L/min1L/min能力知识点三TIG焊机的保养和常见故障的排除TIG焊机除与埋弧焊机、CO2焊机的使用保养要求一样外，还必须注意几点：焊机在使用前，必须检查水管、气管的连接，保近焊接时能正常供水、供气，特别是大电流TIG焊机应更加重视，定期检查焊枪的弹性钨极夹头的夹紧状况和喷嘴的绝缘性能是否良好。NSA-500-1型TIG焊机控制线路较复杂，发生故障检修前，应使电容器C18先行放电，以防止触电。故障现象可能原因排除方法合上电源开关，电源指示灯不亮，拨动焊把开关，无任何动作①电源开关接触不良或损坏②保险丝烧断③指示灯损坏①更换开关②更换保险丝③更换指示灯电源指示灯亮，水流开关指示灯不亮，拨动焊把开关，无任何动作①水流开关失灵或损坏②水流量小①更换或修复水流开关SW②增大水流量电源及水流指示灯均亮，拨动焊把开关，无任何动作①焊把开关损坏②继电器KA2损坏①更换焊把开关②更换KA2焊机启动正常，但无保护气输出①气路堵塞②电磁气阀损坏或气阀线圈接入端接触不良①清理气路②检修电磁气阀或更换气阀③检修接线处拨动焊把开关，无引弧脉冲引弧触发回咱或脉冲发生主回路发生故障①检修T2输出侧与焊接主回路联接处②检修引弧触发回路及输入、输出端③检修脉冲主回路和脉冲旁路回路有引弧脉冲，但不能引弧引弧脉冲相位不对或焊接电源不工作①对调焊接电源输入端或输出端②调节RP16使引弧脉冲加在电源空载电压90°处③检修接触器KM或焊接电源输入端接线引弧后无稳弧脉冲稳弧脉冲触发电路发生故障先切断引弧触发脉冲，然后检修稳弧脉冲触发回路接通焊机电源，即有脉冲产生晶闸管VSCR1、VSCR2中的一个或两个正向阻断电压过低更换VSCR1和VSCR2引弧脉冲和稳弧脉冲互相干扰引弧脉冲相位偏差过大调节RP16使引弧脉冲加在电源空载电压90°处稳弧脉冲时有时无晶闸管VSCR1、VSCR2一只击穿，另一只正向阻断电压低更换击穿或特性差的可控硅引弧及稳弧脉冲弱，工作不可靠高压整流电压过低或R2阻值偏大①检修VC1是否有一桥臂损坏而成为半波整流②减少R2的阻值表5-4NSA—500—1型焊机常见故障及检修表5-5部分国产TIG焊设备主