钨极氩弧焊的技术特点及应用.docx
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钨极氩弧焊的技术特点及应用
钨极氩弧焊的技术特点及应用
一、钨极氩弧焊的工作原理
钨极氩弧焊
是利用惰性气体（氩气）保护的一种电弧焊焊接方法。
从喷嘴中喷出的氩气在焊接中造成一个厚而密的气体保护层隔绝空气，在氩气层流的包围中，电弧在钨极与工件之间燃烧，利用电弧产生的热量，熔化被焊处，并填充焊丝，把两块分离的金属连接在一起，从而获得牢固的焊接接头。
二、钨极氩弧焊的特点
钨极氩弧焊与手工焊条电弧焊相比主要有以下特点：
l、氩气是惰性气体，高温下不分解，与焊缝金属不发生反应，不溶解于液态金属，故保护效果最佳，能有效的保护熔池金属，是一种高质量的焊接方法。
2、氩气是单原子气体，高温无二次吸放热分解反应，导电能力差，以及氩气流产生的压缩效应和冷却作用，使电弧热集中，温度高，电弧稳定性好，即使在低电流下电弧还能稳定燃烧。
3、氩弧焊热量集中，从喷嘴中喷出的氩气有冷却作用，因此焊缝热影响区窄，焊件变形小。
4、用氩气保护无熔渣，提高了工作效率，而且焊缝成形美观，质量好。
5、氩弧焊明弧操作，熔池可观性好，便于观察和操作，技术容易掌握，适合各种位置焊接。
6、除黑色金属外，可用于焊接不锈钢、铝、铜等有色金属及合金钢。
但氩弧焊成本高；而且氩气电离势高，引弧困难；氩弧焊产生紫外线强度高于手工焊条电弧焊5—30倍；另外，钨极有一定放射性，对焊工也有一定的危害，目前推广使用的铈钨极对焊工的危害较小。
三、钨极氩弧焊的分类
钨极氩弧焊按操作方法可分为手工钨极氩弧焊和机械化焊接两种。
对于直线焊缝和规则的曲线焊缝，可采用机械化焊接。
而对于不规则的或较短的焊缝，则采用手工钨极氩弧焊。
目前使用较多的是直流手工钨极氩弧焊，直流钨极氩弧焊通常分为两种：
1、直流反极性
在钨极氩弧焊中，虽很少用直流反极性，但是，它有一种去除氧化膜作用。
所谓去除氧化膜作用，在交流焊的反极性半波也同样存在，它是成功地焊接铝、镁及其合金的重要因素。
铝、镁及其合金的表面存在一层致密难熔的氧化膜覆盖在焊接熔池表面，如不及时清除，焊接时会造成未熔合，在焊缝表面还会形成皱皮或产生内气孔、夹渣，直接影响焊接质量。
实践证明，反极性时，被焊金属表面的氧化膜在电弧的作用下，可以被清除掉而获得成形美观的焊缝。
这种作用要求阴极斑点的能量密度要很高和被质量很大的正离子撞击，致使氧化膜破碎。
2、直流正极性
直流正极性时，焊件接正极，焊件接受电子轰击放出的全部动能和逸出功，产生大量的热，因此熔池深而窄，生产率高，焊件的收缩和变形都小。
当采用直流正极性时，钨极是阴极，钨极的熔点高，在高温时电子发射能力强，电弧燃烧稳定性好。
除焊接铝、镁及其合金外，一般均采用直流正极性接法进行焊接。
四、钨极氩弧焊焊接工艺
1、焊接电流与钨极直径：
通常根据工件的材质、厚度和接头的空间位置选择焊接电流。
钨极氩弧焊使用钨极的直径是比较重要的，必须根据焊接电流选择合适的钨极直径。
钨极直径一定时，在不同的电源和极性条件下，充许使用的电流范围不同，直流正接时许用电流最大，直流反接时，许用电流最小。
2、电弧电压：
电弧电压主要由弧长决定，弧长增加，电弧电压增加，焊缝宽度增加，熔深减小，容易引起未焊透及咬边，保护效果也不好，电弧太短，难看清熔池，送丝易碰钨极引起短路，容易夹钨，通常弧长近似等于钨极直径。
3、焊接速度焊：
接速度增加，熔深和熔宽减小，容易未焊透，焊缝高而窄，两侧熔合不好，焊接速度太慢时，焊缝很宽，可能产生焊漏烧穿等缺陷。
通常焊工根据熔池大小，熔池形状和两侧熔合情况，随时调整焊接速度。
4、焊接电源种类和极性的选择：
氩弧焊采用电源种类和极性选择主要取决于焊
件的材料，即根据材料不同的物理化学性能决定，有时还需同时考虑由于焊件厚薄不同而造成的热物理性能差异的因素。
5、喷嘴的直径与氩气流量：
喷嘴直径越大，保护区范围越大，要求保护气体的流量也越大。
通常焊枪选定以后，喷嘴直径很少能改变，所以决定保护效果的是氩气流量。
氩气流量太小时，保护气体软弱无力，氩气流量太大，容易产生紊流，保护效果不好。
保护气体流量合适时，喷出的气流是层流，熔池平稳，表面明亮，没有渣，焊缝外形美观，表面没有氧化痕迹，保护效果好。
6、钨极伸出长度：
为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部需伸出喷嘴以外。
钨极端部到喷嘴端面的距离叫钨极伸出长度。
焊对接缝时，钨极伸出长度为3— 5mm 较好，焊角焊缝时，钨极伸出长度为5— 7mm 较好。
7、喷嘴与工件距离：
指的是喷嘴端面到工件间的距离，这个距离越小，保护效果越好，但观察的范围较小；这个距离越大，保护效果越差。
8、焊丝直径的选择：
一般根据焊接电流的大小选择焊丝的直径，电流越大，所选的焊丝直径越粗，反之，焊丝直径越细。
9、焊接方向的选择：
一般采用左焊法。
五、钨极氩弧焊的应用及操作要点
钨极氩弧焊的应用很广，在不同的材料焊接上都能应用。
如低合金高强度钢、不锈钢、耐热钢、铜、钛及其合金、铝、镁及其合金等。
由于钨极载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低，所以，钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于 6mm 的焊件或管道的打底焊接。
本焊接培训中心根据本局实际情况，先后开设了直径为 60mm 管的全氩弧焊水平固定焊和水平固定障碍焊，以及直径为 108mm 管的氩弧焊打底与焊条盖面焊等项目，使氩弧焊这个项目在我局得到推广发展，在培训过程中我们重点抓住了以下几个方面的操作要点：
（一）焊前准备
1、焊接设备、电路、气路的检查：
首先开启焊机电源开关，电源指示灯亮，冷却风扇转动正常，各仪表指示正常，开关打到氩弧焊，检查各连线是否可靠，焊枪的喷嘴、钨极均符合标准，检查气瓶或总阀门的开启，氩气流量调节器的开通，调好流量，最终确认自焊枪喷嘴流出足够的保护气流。
2、焊丝的检查：
首先焊丝的牌号及直径应符合所焊工件的要求，打磨干净焊丝上的油污，锈蚀等杂物，并露出金属光泽方可使用。
3、坡口的清理：
焊件在点固前，应将坡口两侧至少 20mm 以内清理出金属光泽并不许有油污。
4、焊件点固：
为防止焊接时工件受热膨胀引起变形，必须保证定位焊缝的数量及长度，定位焊缝是正式焊缝的一部分，必须焊牢，不允许有缺陷，必须按正式焊接工艺要求焊接定位焊缝。
焊好定位焊缝后，两端应磨成斜坡，以便接头，定位焊缝不能太高，定位焊缝上如有裂纹、气孔，应打磨掉重焊，不允许用重熔修补。
（二）焊接操作
钨极氩弧焊在操作过程中与手工焊条电弧焊相比，氩弧焊须双手同时操作，一手持焊枪，一手拿焊丝，持焊枪的手要保证电弧长度和电弧的稳定性，所以必须用手指做一个支撑点，持焊丝的手也要保证焊丝的均匀送进。
因此培训过程中要重点培养学员的双手灵活配合程度。
由于氩弧焊是明弧操作，可清楚的看见熔池，所以对熔池的控制比焊条电弧焊更容易，和焊条电弧焊相比，更易实现单面焊接双面成型。
1、引弧：
为了提高焊接质量，手工钨极氩弧焊多采用高频引弧。
其优点钨
极与工件不接触就能在施焊点直接引燃电弧，钨极端头损耗小，焊接质量高，不会产生夹钨。
2、焊接和接头：
（1）、打底焊焊缝应该具有一定的厚度，应一气呵成，不允许中途停止，
焊接时，要掌握好焊枪角度、送丝位置，力求送丝均匀，填丝必须等坡口两侧熔化
后才能填丝，以免造成熔合不良。
填丝时，焊丝应与工件表面成15度夹角，送丝速度快慢适当，应与焊接速度相适应。
送丝方法有连续送丝、断续填丝、焊丝紧贴坡口与钝边一起熔入等。
操作过程中如有夹钨、气孔等，必须打磨出金属光泽，直至消除缺陷，才能继续焊接。
氩弧焊枪可做横向摆动，以不破坏熔池为原则，由焊工灵活掌握，焊后经自检合格后才能盖面，焊完打底焊后，焊第二道不得将打底焊道烧穿，防止焊道下凹或背面剧烈氧化。
（2）、接头质量的控制是很重要的，因它是两段焊缝交接的地方，会出现多种缺陷，因此，接头处要有斜坡，不能有死角，重新引弧应在原弧坑后面20— 30mm 处，重叠处一般不加或少加焊丝，熔池要贯穿到接头根部，以确保熔透。
3、收弧：
收弧不当会影响焊缝质量，一般氩弧焊设备都配有电流自动衰减装置，停弧后，焊枪喷嘴应延时10S再移开（一般设备都有提前送气，滞后关气的装置），防止金属在高温下产生氧化反应。
4、焊后应关闭电源，关闭气路，将焊枪盘好挂起。
（三）焊后检验
氩弧焊试件焊完后，应首先对其进行外观检查，在焊缝外观各项指标都符合标准后，还对其进行X光射线探伤，当探伤达到二级片标准后，再进行弯曲试验。
整个培训过程严格按照国家压力容器标准进行实施评定。
由于氩弧焊具有焊接质量好，焊缝成型美观，适用范围广等诸多优点，因此非常值得我们不断推广发展，为推动我国的焊接事业发展做出应有的努力。
钨极氩弧焊
一、概述：
1、钨极氩弧焊就是以氩气作为保护气体，钨极作为不熔化极，借助钨电极与焊件之间产生的电弧，加热熔化母材（同时添加焊丝也被熔化）实现焊接的方法。
氩气用于保护焊缝金属和钨电极熔池，在电弧加热区域不被空气氧化。
2、一般氩弧焊的优点：
（1）能焊接除熔点非常低的铝锡外的绝大多数的金属和合金。
（2）交流氩弧焊能焊接化学性质比较活泼和易形成氧化膜的铝及铝镁合金。
（3）焊接时无焊渣、无飞溅。
（4）能进行全方位焊接，用脉冲氩弧焊可减小热输入，适宜焊0.1mm不锈钢
（5）电弧温度高、热输入小、速度快、热影响面小、焊接变形小。
（6）填充金属和添加量不受焊接电流的影响。
3、氩弧焊适用焊接范围
适用于碳钢、合金钢、不锈钢、难熔金属铝及铝镁合金、铜及铜合金、钛及钛合金，以及超薄板0.1mm，同时能进行全方位焊接，特别对复杂焊件难以接近部位等等。
二、钨极氩弧焊焊机的组成
1、本公司氩弧焊机的型号（见图表）、编制方法、文字说明。
2、焊机的部件（焊机、焊枪、气、水、电）、地线及地线钳、钨极。
3、焊机的连接方法（以WSM系列为例）
（1）焊机的一次进线，根据焊机的额定输入容量配制配电箱，空气开关的大小，一次线的截面。
（2）焊机的输出电压计算方法：
U=10+0.04I
（3）焊机极性，一般接法：
工件接正为正极性接法；工件接负为负极性接法。
钨极氩弧焊一定要直流正极性接法：
焊枪接负，工件接正。
（4）水源接法、氩气接法
三、焊枪的组成（水冷式、气冷式）：
手把、连接件、电极夹头、喷嘴、气管、水管、电缆线、导线。
四、氩气的作用、流量大小与焊接关系、调节方法。
1、氩气属于惰性气体，不易和其它金属材料、气体发生反应。
而且由于气流有冷却作用，焊缝热影响区小，焊件变形小。
是钨极氩弧焊最理想的保护气体。
2、氩气主要是对熔池进行有效的保护，在焊接过程中防止空气对熔池侵蚀而引起氧化，同时对焊缝区域进行有效隔离空气，使焊缝区域得到保护，提高焊接性能。
3、调节方法是根据被焊金属材料及电流大小，焊接方法来决定的：
电流越大，保护气越大。
。
活泼元素材料，保护气要加强加大流量。
具体见下表：
板厚（mm）
电流大小（A）
气体流量
不锈钢
铝
铜
钛
0.3～0.5
10～40
4
6
6
6
0.5～1.0
20～40
4
6
6
6
1.0～2.0
40～70
4～6
8～10
8～10
6～8
2.0～3.0
80～130
8～10
10～12
10～12
8～10
3.0～4.0
120～170
10～12
10～15
10～15
10～12
>4.0
160～200
10～14
12～18
12～18
12～14
14～18
氩气太小，保护效果差，被焊金属有严重氧化现象。
氩气太大，由于气流量大而产生紊流，使空气被紊流气卷入溶池，产生溶池保护效果差，焊缝金属被氧化现象。
所以流量一定要根据板厚、电流大小、焊缝位置、接头型式来定。
具体以焊缝保护效果来决定，以被焊金属不出现氧化为标准。
五、钨极
1、钨极是高熔点材料，熔点为3400℃，在高温时有强烈的电子发射能力，并且钨极有很大的电流载流能力。
钨极载流能力见下表：
电极
直流正接法时
φ1.0
20～80A
φ1.6
50～160A
φ2.0
100～200A
φ3.0
200～300A
φ4.0
300～400A
φ5.0
420～520A
φ6.0
450～550A
2、钨极表面要光滑，端部要有一定磨尖，同心度要好，这样焊接时高频引弧好、电弧稳定性好，溶深深，溶池能保持一定，焊缝成形好，焊接质量好。
3、如果钨极表面烧坏或表面有污染物、裂纹、缩孔等缺陷时，这样焊接时高频引弧困难，电弧不稳定，电弧有漂移现象，熔池分散，表面扩大，熔深浅，焊缝成形差，焊接质量差。
4、钨极直径大小是根据材料厚度、材料性质、电流大小、接头形式来决定，见下表：
板厚（mm）
钨极直径（mm）
焊接电流（A）
0.5
φ1.0
35～40
0.8
φ1.0
35～50
1.0
φ1.6
40～70
1.5
φ1.6
50～85
2.0
φ2.0～2.5
50～130
3.0
φ2.5～3.0
120～150
六、焊丝
焊丝选择要根据被焊材料来决定，一般以母材的成分性质相同为准。
焊接重要结构时，由于高温要烧损合金元素，所以选择焊丝一定要高于母材料，把焊丝熔入熔池来补充合金元素烧损。
钨极氩弧焊，一种方法可以不添丝自熔，熔化被焊母材；另一种要添加焊丝，电极熔化金属，同时焊丝熔入熔池，冷却后形成焊缝。
不锈钢焊接时，焊丝与板厚和电流大小关系见下表：
板厚（mm）
电流（A）
焊丝直径（mm）
0.5
30～50
φ1.0
0.8
30～50
φ1.0
1.0
35～60
φ1.6
1.5
45～80
φ1.6
2.0
75～120
φ2.0
3.0
110～140
φ2.0
随着板厚增加、电流增大、焊丝直径增粗
铝及铝合金焊接时，焊丝与板厚、电流大小关系见下表：
板厚（mm）
电流（A）
钨极直径（mm）
焊丝直径（mm）
气流量
1
60～90/110～140
φ1.0～1.6
4～66～8
1.5
70～100/130～160
φ2.0
2
90～120/150～180
φ2.0～3.0
φ2.0
6～88～10
3
120～180/170～220
φ3.0～4.0
8～12
4
140～200/190～260
φ3.0～4.0
φ2.5
8～1210～14
6
160～220/200～300
φ4.0～5.0
φ3.0
10～1812～20
七、WSM（WSE）系列焊机面板上的各种旋钮和调节方法，见说明书。
八、直流氩弧焊与脉冲氩弧焊的区别：
1、直流氩弧焊，即在直流正极性接法下以氩气为保护气，借助电极与焊件之间的电弧在一定的要求下（焊接电流），加热熔化母材，添加焊丝时焊丝也一同熔入熔池，冷却形成的焊缝。
2、脉冲氩弧焊，除直流钨极氩弧焊的规范外，还可独立地调节峰值电流、基值电流、脉冲宽度、脉冲周期或频率等规范参数，它与直流氩弧焊相比优点如下：
（1）增大焊缝的深宽比，在不锈钢焊接时可将熔深宽增大到2：
1
（2）防止烧穿、在薄板焊接或厚板打底焊时，借助峰值电流通过时间，将焊件焊透，在熔池明显下陷之前即转到基值电流，使金属凝固。
而且有小电流维持电弧直至下一次峰值电流循环。
（3）减小热影响区，焊接热敏感材料时，减小脉冲电流通过时间和基值电流值，能把热影响区范围降低到最小值，这样焊接变形小。
（4）增加熔池的搅拌作用，在相同的平均电流值时，脉冲电流的峰流值比恒定电流大，因此电弧力大，搅拌作用强烈，这样有助于减少接头底部可能产生气孔和不熔合现象。
在小电流焊接时，较大的脉冲电流峰值电流增强了电弧挺度，消除了电弧漂移现象。
九、焊前准备和焊前清洗：
1、检查焊机的接线是否符合要求。
2、水、电、气是否接通，并按要求全部连接好，不能松动。
3、对母材进行焊前检查并清洗表面。
4、用工具清洗，即用刷子或砂纸彻底清除母材表面水、油、氧化物等。
5、重要结构用化学清洗法，清洗表面的水、油、高熔点氧化膜、氧化物污染。
简单用丙酮清洗，或用烧碱硫酸等方法清洗。
6、工作场所的清理，不能有易燃、易爆物,采取避风措施等。
十、焊接规范参数
钨极氩弧焊参数主要是电流、氩气流量、钨极直径、板的厚度、接头型式等
不锈钢氩弧规范列表如下：
板材厚度
钨极直径
焊丝直径
接头型式
焊接电流
气体流量
0.5
1.0
1.0
平对接
35-40A
4-6
0.8
1.0
1.0
添加丝
35-45A
4-6
1.0
1.6
1.6
40-70A
5-8
1.5
1.6
1.6
50-85A
6-8
2.0
2-2.5
2.0
80-130A
8-10
3.0
2.5-3
2.25
120-150A
10-12
交流铝合金规范参数如下：
板材厚度
钨极直径
焊丝直径
接头型式
焊接电流
气体流量
<1.0
1.0-1.5
1.0-2.0
平对接
60-90A
4-6
1.5
2.0-2.5
2.0
添加丝
70-100A
6-8
2.0
2.0-3.0
2.0-2.5
90-120A
8-10
3.0
3.0-4.0
2.5-3.0
120-180A
10-12
4.0
3.0-4.0
2.5-3.0
140-200A
12-14
6.0
4.0-5.0
3.0-4.0
160-220A
14-16
十一、焊接操作
1、焊前
检查设备、水、气、电路是否正常，焊件和焊枪接法是否符合要求，规范参数是否调试妥当，全部正常后，接通电源、水源、气源。
2、焊接
把焊枪的钨极端部对准焊缝起焊点，钨极与工件之间距离为1-3mm按下焊开关，提前送气，高频放电引弧，焊枪保持70°-80°倾角，焊丝倾角为11°-20°焊枪作直线匀速移动，并在移动过程中观察熔池，焊丝的送进速度与焊接速度要匹配，焊丝不能与钨极接触，以免烧坏钨极，焊枪。
同时根据焊缝金属颜色，来判定氩气保护效果的好坏。
3、收弧的方法：
（1）焊接结束时，焊缝终端要多添加些焊丝金属来填满弧坑。
熄灭电弧后，在熄弧处多停留一段时间，使焊缝终端得到充分氩气保护，防止氧化。
（2）利用焊机的电流衰减装置，在焊缝终端结束前关闭控制按钮，此时电弧继续燃烧，焊接继续，直至电弧熄灭，保证了焊缝端部不至于烧穿，保证了焊缝质量。
（3）重要结构的焊接件，焊缝的两端要加装引弧板和熄弧板。
焊接引弧在引弧板上进行，熄弧在熄弧板上进行，保证了焊缝前点和终端的质量。
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