TIG焊接篇(中文)Word格式.doc
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5-2-2TIG焊枪 19~21
5-2-3钨电极 21~22
5-2-4附属件 22~23
6、TIG焊接操作的基础
6-1电极的伸长度 24
6-2TIG焊接的操作要领 24~25
7、TIG焊的一般焊接规范 26
8、有关TIG焊接的主要用语及解说 27~28
1.TIG焊接的原理
1-1序言
TIG（TIG=TungstenInertGas的简称）焊接是在惰性气体保护中使用钨电极进行焊接的方法,在1930年得到开发成功。
因为最初大多是氦气作为保护气体的，所以当时被地称为氦弧焊。
上述名称是美国的产品名称，株式会社DAIHEN（OTC）于1955年与上述菱得公司在焊接技术方面进行合作，为同行业中的先驱者。
株式会社DAIHEN（OTC）在日本推进了TIG焊接的现代化。
现在TIG焊接时一般都广泛使用氩气作为保护气，所以TIG焊接一般也被称为氩弧焊接。
1-2
图1-1表示了TIG焊接的原理
喷嘴
钨棒夹
保护气体
钨电极
（Nonconsumable）
填充焊丝
电弧
母材
图1-1 TIG焊接的原理
直流或交流电源
TIG焊接是在非溶化的钨电极及母材间产生电弧，利用氩气等惰性气体将熔融金属从大气中保护起来，通过电极及母材间产生电弧热融化母材并结合的方法。
TIG焊接方法中有如上述TIG焊接原理图中所示的使用填丝材料的填丝TIG焊接及不使用填丝材料只融化母材的TIG焊。
2.TIG焊接的起弧方法
TIG焊接按起弧方法的不同可以分为“高频引弧方法”、“直流高压引弧方式”以及不使用高频及高压而使用接触引弧的“接触引弧方式”。
最近，从世界的倾向来看，对从高频中发生的噪音的限制越来越严格，环境保护的要求越来越高。
所以，今后将越来越朝者不使用高频的引弧方及的方向发展。
1、高频引弧方式
电极
高频
TIG焊机powersource
图2-1 高频引弧法
电极与母材不接触，通过在电极及母材间施加高频进行起弧的方法
直流高压引弧方式
直流高压电源
图2-2直流高压引弧方法
TIG焊机
电极与母材不接触，通过在电极及母材间施加直流高压进行起弧的方法
接触引弧法
图2-3 接触引弧法
电极与母材接触，然后提起电极后发生电弧的方法
3.TIG焊接的主要特点
TIG焊接焊接的主要特点如下:
由于使用惰性保护气体，对金属的保护效果较好，可以得到高质量的焊接结果。
可以对几乎所有工业中使用的金属进行焊接。
焊接飞溅少，操作方便。
可以用于任何形状的接头的焊接，并且对焊接姿势没有限制。
在小电流区可以得到稳定的电弧，所以可以用于薄板的焊接。
另外，TIG焊接容易得到单面焊双面成形。
1.2
0.6
1.2mm
9mm
矩形波交流脉冲TIGH焊接铝材料后的焊缝外观。
板厚不同的焊接接头的截面宏观照片。
端边焊接接头的截面宏观照片。
不锈钢网的端边焊接接头的外观照片。
图3-1 典型TIG焊接的例子
同时TIG焊接也有如下缺点:
由于使用比较贵的氩气作为保护气体，焊接成本较高。
与MIG等熔化极电弧焊接相比，焊接速度低（焊接工作效率差）
作为保护气体保护焊接的一种，容易受风的影响。
4.TIG焊接方法的分类
4-1各种TIG焊接方法的比较
在TIG焊接法中有交流TIG焊接、直流TIG焊以及焊接电流周期变化的脉冲TIG焊接法。
各种焊接方法中使用的电极极性以及电流的控制方法如表4-1所示。
另外，各种典型材料适用的焊机种类如表4-2嶄侭幣。
各种材料有其特有的特性，选用时要根据目的选择合适的焊机。
表4-1 各种TIG焊的比较
直流TIG焊
交流TIG焊
脉冲TIG焊
焊机外特性
恒电流特性
缓降特性或恒电流
脉冲电流
极性
直流正接（焊枪负）
交流
直流正接或交流
使用电流（A）
4~500
10~500
1~500
适用板厚（mm）
0.3以上
0.5以上
0.1以上
焊接姿势
全位置
特点
有清氧化膜的功能
容易焊接薄板
焊接速度提高
主要适用材料
活性金属以外的任何金属
铝合金
镁合金
不锈钢（直流）
低合金钢（直流）
铝合金（交流）
廣:
使用直流TIG焊时，如果使用直流反接（焊枪侧接正）的话，则钨极消耗严重，所以进行直流TIG焊接一般不使用直流反接
表4-2 TIG焊接中的焊机选择
被焊材料
交流焊机
直流焊机
（焊枪侧接负）
碳素钢
@
$
注:
符号$：
推荐使用
符号@：
可以焊接，但不推荐
符号X：
不适合
铸铁
不锈钢
铝
X
镁
硅钢、无氧钢
黄铜
银
Inconel（因科镍）合金
只有在需要利用阴极雾化作用将母材表面氧化膜去除的铝，镁合金的焊接以及要求得到浅的溶深的堆焊时才用交流TIG焊接。
其他情况下都使用直流正接进行焊接。
4-2直流TIG焊接法
为TIG焊接中应用最多的焊接法。
使用有恒电流特性的直流焊机，如图4-1所时接法为将钨电极（焊枪侧）接负的直流正接法。
直流TIG焊接可以用于除铝及镁合金以外的几乎所有的金属的焊接。
电流
电流焊机
图4-1 电流TIG焊接法
图4-2中为电极接正及电极接负时的特性比较
电极极性
电极接正
电极接负
焊机
电子
离子
电子及离子的移动情况
电极寿命
差，需要大直径电极
（比如,6.4mm---120A）
好，不需要大直径电极
（比如,3.2mm---400A）
焊缝溶深
溶深浅，焊缝宽
溶深深，焊缝窄
氧化膜清洁作用
有
无
用途
电极消耗严重，用途非常少
直流TIG焊接时一般都在此状态下使用
图4-2 直流TIG焊中电极接正及电极接负时的特性比较
W
U
N
4-3交流TIG焊接法
图4-3铝的表面氧化膜的去除作用
由于焊接铝及镁合金时要将母材表面上的氧化膜去除，所以需要将母材接负从而利用阴极雾化作用将氧化膜去除。
（阴极雾化作用是利用将从正极过来的离子将氧化膜打碎、去除去的功能。
图4-3为通过阴极雾化焊缝表面清洁的铝焊接接头的外观照片。
）
如图4-4所示，铝表面上有熔点非常高的氧化膜。
当电极接正、母材接负时从电极表面来的离子打在上述氧化膜上从而将之打碎、除去。
焊接铝、镁合金材料时需要将表面的氧化膜去除，此功能称为氧化膜清洁作用。
电极接正时有表面清洁作用
表面氧化膜
图4-4铝表面氧化膜去除过程
但是，如图4-4所示当将电极接正、母材接负时，钨电极为阴极，作为阴极区的电极发热量大，电极消耗严重，而且熔深浅（参看图4-2），所以不实用。
为了解决上述问题，如图4-5所示，使用交流TIG焊接法，综合了钨极接正、钨极接负两种接法的优点。
即在得到表面清洁作用的同时，电极的消耗得到降低，而且，可以得到钨极接正、钨极接负两种接法的中间形状的熔深。
使用TIG焊焊接铝时候，使用交流TIG焊接法。
交流TIG焊机
图4-5交流TIG焊接法
4-4脉冲TIG焊接法
脉冲TIG焊接法是将焊接电流周期性地变化，调整电弧的特性从而控制焊缝形状的方法。
在脉冲TIG焊接中直流脉冲焊及交流脉冲焊两种存在，根据所焊接材料的不同分别选用。
图4-2中表示了各种典型材料适用的焊机的配合。
下面，对上述两种脉冲TIG焊接法分别作说明。
4-4-1直流脉冲TIG焊接
如图4-6中所示，直流脉冲TIG焊接中将焊接电流周期性地变化，在脉冲电流峰值（IP）期间（TP）将母材熔化，在基值电流（IB）期间（TB）让熔化池冷却，周期性地形成的熔池一层一层地叠加。
Tp
Tb
T
Ip
Ib
焊接方向
焊缝宽度
焊缝形状
脉冲电流波形
时间
Ip:
脉冲电流峰值（A）
Ib:
基值电流（A）
Tp:
脉冲时间（sec）
Tb:
backgroundtime（sec）
T:
Cycletime（sec）
图4-6电流波形及焊缝形状
图4-7利用直流脉冲焊接不锈钢后的焊缝外观
图4-7为用直流脉冲TIG焊焊接不锈钢后的焊缝外观照片。
从照片中可以看出，焊缝为鱼鳞状。
相邻的鱼鳞与鱼鳞之间的距离可以通过焊接速度或脉冲频率来控制。
另外，直流脉冲焊接根据使用的脉冲频率的不同大致可以分为以下三种。
（1）低频脉冲：
0.5-20Hz
（2）中频脉冲:
10-500Hz
（3）高频脉冲：
1-20KHz
上述脉冲频率的数据根据焊机生产厂家、产品的不同会有一些不同。
另外，一些厂家将低频脉冲称为低速脉冲、将中频脉冲称为高速脉冲等。
图4-8中，分别表示了使用上述各种脉冲进行直流TIG焊接的事例照片。
另外，各种脉冲的用途如下:
用于异种金属或板厚不一样的材料的焊接。
用于薄板（0.3mm程度）的焊接。
用于超薄板（0.1mm程度）、热电偶等要求高质量、超精密的焊接。
0.5~20Hz低频脉冲
20KHz高频脉冲
20~500Hz中频脉冲
￠可以用于超薄板（0.1mm）的精密焊接。
利用20KHz的高频电流，即使在1A的超小电流也能得到挺度很好的电弧。
可以用于超薄板（0.1mm程度）、热电偶等要求高质量，超精密的焊接。
￠可以大幅度改善薄板（0.3mm程度）的焊接性。
使用中频焊接电流可以在提高焊接稳定性的同时，使电弧集中，从而大幅度改善薄板（0.3mm程度）的焊接性。
热电偶的焊接。
（直径0.25mm）焊接电流1A。
焊接例
异板厚不锈钢材料的焊接焊接电流30A（脉冲频率1.6Hz脉冲占空比50%）
1mm
10mm
板厚0.3mm
焊接电流10A
0.1mm不锈钢的搭接焊
图4-8直流脉冲TIG焊接例
不锈钢的角焊缝的焊接（0.3mm）
低频脉冲焊接焊缝外形焊接电流30A。
（脉冲频率0.8Hz
脉冲占空比50%）
￠可以对一些焊接困难的接头进行焊接。
通过使用低频脉冲电流，可以均匀的双面成型获得漂亮的焊缝外观。
另外，由于使用低频脉冲，适合于异种金属、异板厚材料、有间隙的接头等工件的焊接
直流脉冲TIG焊接的主要特点如下:
（1）容易得到单面焊双面成型，可以对一些难焊接位置的接头进行焊接。
（2）可以非常容易地对薄板、异板厚、异种材料接头进行焊接。
（3）可焊接的焊接规范范围大，对接头精度的要求低。
（4）焊接变形小，不易发生焊接缺陷。
（5）焊缝与母材之间的过渡好。
（6）进行手工TIG焊接时，由于焊工可以配合脉冲时间进行焊接操作，所以操作将变得方便。
4-4-2交流脉冲TIG焊接
交流脉冲TIG焊接中的原理与直流脉冲焊接中的原理一样，电流波形按一定周期变化，只是由于是交流TIG焊接时，如图4-9所指示，由于电流极性按50或者60Hz的商用频率正负变化，本来电流波形就呈脉冲形状。
在这儿所指的交流脉冲TIG焊接是指将按商用频率正负反转的电流波形的振幅周期性地变化。
基值电流current
基值电流时间
脉冲电流时间
EP
EN
图4-9交流脉冲TIG焊接电流波形
关于焊缝的形成机理与直流脉冲TIG焊一样。
图4-10为使用交流TIG焊接铝合金后的外观照片。
（A5083,3.0mm，对接接头）
交流脉冲TIG焊接是在利用可控硅等半导体元件控制的交流TIG焊机出现以后才实现可能的。
并没有多久的历史。
交流脉冲TIG焊接一般广泛用于铝合金的焊接。
交流脉冲TIG焊接的主要特点如下:
（1）容易得到单面焊双面成形，可以对一些难焊位置的接头进行焊接。
（2）可以得到充分的清洁（阴极雾化）宽度。
（3）焊缝与母材间的过渡好。
（4）进行手工TIG焊接时，由于焊工可以配合脉冲时间进行操作，所以操作将变得方便。
4-5其他TIG焊接方法
4-5-1 热丝TIG焊
送丝装置
导电嘴
焊丝电流
焊丝加热电源
焊丝伸出长度
TIG焊接电源
图4-11热丝TIG焊系统示意图犯某TIG左狼由幣吭夕
电弧电流
虽然TIG焊接可以得到高质量的焊接接头，但由于焊接容敷量少，焊接效率底。
这是TIG焊接的缺点。
热丝焊接是将焊丝边通电加热边送丝，从而增加容敷量的方法。
在可以保持TIG焊接可以得到的高质量的焊接接头的本来优点的同时，提高焊接效率。
焊丝的加热方法有二种其中一种为使用专用的焊丝加热电源的双电源及加热法。
另一种为使用焊接电流分流来对焊丝进行加热的分流加热法。
图4-11为一般的热丝TIG焊接示意图
热丝TIG焊接是在TIG焊接电源的基础上再设置一台加热焊丝用的电源，在离开母材10MM的地方通电，利用电阻的发热对焊丝进行加热。
这时，由于焊丝是在半熔化的状态下送入溶池的，所以与一般的焊接方法（对焊丝不进行预先加热，也称冷丝焊）相比较，熔数量可以增加到3倍。
所以，不光是在厚焊接时可以提高焊接效率，在焊接薄板时也可以得到通常焊接时的2倍速度。
同时，由于热丝焊届预先对焊丝的加热过程中，可以将表面的油脂等烧掉，所以可以抑制气孔的发生。
但是，热丝焊接在友谊上有点的同时也有缺点。
焊丝加热电流容易于电弧电流产生干涉从而引起磁偏吹的发生。
特别是在高电流区，影响比较明显。
所以，现在正在进行增加熔敷量的同时，能抑制磁偏吹影响的方法的研究、构想。
4-5-2TIG电弧点焊
如图4-12所示TIG电弧点焊是用焊枪的端部压在焊板上使之紧密接触，然后利用一定的TIG电弧对搭接板进行加热溶化，并形成点状焊接接头的方法。
电弧的发生时间根据焊接母材材质、板厚的不同也不同，但一般情况电弧发生时间在0.5-5秒的范围内，电弧长度则可以在2-3MM的范围内选择。
作为可焊材料有结构钢、不锈钢等多种材料。
但是由于不加溶敷材料，所以要求板与板之间有良好的紧密接触。
另外，最近铝合金的TIG电弧点焊也开始得到应用。
焊枪开关扳机
焊接母材
工作台
熔融部
喷嘴（开）
TIG点焊焊枪
焊枪电缆及保护气管
图4-12 TIG电弧点焊示意图
5.TIG焊接设备
5-1焊接电源
（1）TIG焊接电源发展的历史
TIG焊接电源中根据功能的不同分别有交流焊接电源、直流焊接电源及脉冲焊接电源存在。
最近几年中，在同一台焊接电源上可以进行交直流的切换及脉冲有无的选择的多功能焊接电源越来越多。
图5-1中表示了TIG焊接电源输出控制方及的变化、普及情况以及主要焊机的开发年代
1970年左右在直流TIG焊接电源中可控硅控制及焊接电源首次代替了一直使用到那时为止的磁饱和电抗及的焊接电源，焊接电源的性能得到了提高。
1976年出现了控制速度能远远超过一般的可控硅的大功率晶体管，焊接电源的性能得到了飞速的发展。
1982利用上述大功率晶体管作为控制元件的晶体管逆变控制的直流电源得到开发，1986年开发成功了交流、直流兼用的逆变控制及TIG焊接电源并产品化，现在正进一步推进焊接电源逆变化
图5-1表示了现在销售在市场上的主要TIG焊接电源的电路构成以及其特点。
年份
焊接法
方式
逆变控制
可控硅控制
磁饱和电抗器式
控制方式
非熔化极气体保护电弧焊
动铁心控制
晶体管控制（包括逆变控制）
直流
可控硅
（交流/直流）
逆变
直流/交流）
（脉冲）
（直流）
蝕窟扮豚
（直流脉冲）
模拟式晶体管
控制方法
直
流
电
源
晶体管斩波
引擎驱动发电机式
交
/
兼
用
极
可动铁心式
原理
在变压器2次侧通过控制可控硅导通的相位角来调整输出。
容易调整输出并得到稳定的输出。
容易实现大功率化。
在变压器2次侧对电流进行整流后，通过晶体管对之进行斩波来调整输出。
容易调整输出
高速应对
与逆变控制式焊接电源相比体积大
在变压器1次侧利用逆变器将上级电流变成高频交流，同时进行输出电流调整。
由于应对速度高，输出电流更加稳定、良好。
焊接电流小型、轻便。
焊接电源耗能小
驱动用引擎与发电机做成一体，通过抽头切换开关或旋钮进行输出电流的调整。
由于自身可以发电，不要配电设备
焊接电源体积大，重量重
噪音大
通过可动铁心的移动来调整输出电流
通过交直流电路的切换，可以输出交流、直流。
结构简单
很难保证输出电流的稳定
通过控制可控硅到通的相位角来调整输出。
通过交直流电路的切换，可以输出交流、直流
可以调整表面氧化膜清洁宽度
在变压器1次侧利用1次逆变器将上级整流过的直流变成高频交流后整流，然后再次通过2次逆变器将整流过的直流变成交流。
输出电流更加稳定
焊接电源小型、轻便
表面氧化膜清洁宽度的调整范围大。
变压器可控硅直流电抗器
引擎发电机
变压器可控硅晶体管流电抗器
整流器逆变器变压器整流器直流电抗器
变压器 可控硅 直流电抗器
带可动铁心的变压器 整流器 直流电抗器
斜下降激磁整流器直流电抗器
电路电路
整流器1次逆变器 变压器整流器直流电抗器2次逆变器
（2）TIG电弧的特性
图5-2 TIG电弧的电流-电压特性
电弧电压（V）
电流（A）
3mm
5mm
电弧长度
特性:
含2%氧化铈的坞电极（3.2mm）
阴极:
水冷铜板
氩气流量:
10L/min
60
40
20
300
200
100
图5-2中表示的TIG电弧的电压与电流的关系。
在到30A的小电流的范围内，随着电弧电流的增加电弧电压减小，呈现负电阻效应，然后转移到恒定电压特性区。
随着电弧电流的进一步的提高，终于电压随着电流的增加而增加，呈现上升特性。
另外，保持电流-电压一定而增加电弧长度时，电弧电压也基本上成比例上升。
这是由于电弧区电压与电弧长度成正比的原因。
一次，如图所示，不同电弧长度时的电流-电压特性曲线成平移曲线的形状。
（3）焊接电源的特性
图5-3中表示了焊接电源的外部特性（实线）与电弧的静特性（虚线）.在图中本焊接电源的工作点为实线与虚线的交点S电（Q点也为工作点，但由于在Q点电弧不稳定，工作点立即移动到S点）.如果电弧长度从L1变为L2，则工作点将有S1变为S2点，但上述二点之间的电流差很小，电弧仍可以维持。
空载电压
缓降外特性來
垂直下降外特性current
电压（V）
电弧长度L1<
L2
电流（A）
图5-3 焊接电源的外部特性及电弧静特性
L1
另外，如果使用垂直下降特性的焊接电源，即使焊接电弧长度有变化，电流也能保持一定，所以可得到溶深恒定的焊接结果。
逆变及焊接电源就是使用垂直下降特性
5-2焊接设备的主要构成及功能
TIG焊接设备的主要构成如下:
（1）焊接电源
（2）高频发生装置及控制装置
（3）焊枪
（4）附属设备（遥控器、填丝TIG的送丝装置、冷却水循环装置等）
保护气瓶
输入电缆逝
接地电缆
遥控电缆
母材侧电缆
TIG焊枪
焊枪开关
焊接电源
保护气软管賑罷砿
气体调节器
上述构成中一般是将高频发生装置、控制装置内藏于焊接电源中，与焊接电源作成一体。
图5-4表示了焊接设备的主要构成。
TIG焊接设备的连接图
5-2-1逆变控制及TIG焊接电源
有关焊接电源在上面5-1处以讲过，在此对逆变控制及交流、直流兼用焊接电源作进一步说明。
图5-5表示了逆变控制及交直两用TIG焊接电源的构造例。
二次整流管
二次侧逆变用晶体管
一次侧逆变用晶体管
一次整流管
图5-5 交直两用晶体管逆变控制焊接电源
（1）逆变及直流TIG焊接电源
逆变及直流TIG焊接电源的电路构成如图5-6所示。
以下对基本原理进行说明
50/60HzAC
DC
控制AC
Input
50/60Hz
Output
图5-6 逆变式直流TI
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