1、【学习目标】1.掌握TIG焊的原理和特点。2.理解TIG焊设备和焊材的选用。【任务描述】钨极惰性气体保护焊(TIG焊)是使用纯钨或活化钨(钍钨、铈钨等)作电极的惰性气体保护焊。TIG焊一般采用氩气作保护气体,故称钨极氩弧焊。由于钨极本身不熔化只起发射电子产生电弧的作用,故也称不熔化极氩弧焊,TIG焊如图5-1所示。本任务就是认识TIG焊,即了解TIG焊的原理、特点、设备和焊材等内容。图5-1TIG焊【相关知识】一、TIG焊的原理TIG焊是利用钨极与焊件之间产生的电弧热,来熔化附加的填充焊丝或自动给送的焊丝(也可不加填充焊丝)及母材金属形成熔池而形成焊缝的。焊接时,氩气流从焊枪喷嘴中连续喷出,在
2、电弧区形成严密的保护气层,将电极和金属熔池与空气隔离,以形成优质的焊接接头。TIG焊的工作原理如图5-2所示。图5-2TIG焊工作原理二、TIG焊的分类TIG焊按使用的电流种类,可分为直流TIG焊、交流TIG焊和脉冲TIG焊。TIG焊按其操作方式可分为手工TIG焊和自动TIG焊。手工TIG焊时,焊工一手握焊枪,另一手持焊丝,随焊枪的摆动和前进,逐渐将焊丝填入熔池之中。有时也不加填充焊丝,仅将接口边缘熔化后形成焊缝。自动钨极氩弧焊是以传动机构带动焊枪行走,送丝机构尾随焊枪进行连续送丝的焊接方式。在实际生产中,手工TIG焊应用最广。三、焊接材料的选用TIG焊的焊接材料主要是钨极、氩气和焊丝。1.钨
3、极TIG焊时,钨极的作用是传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧。所以要求钨极具有较大的许用电流、熔点高、损耗小、引弧和稳弧性能好等特性。常用的钨极有纯钨极、钍钨极和铈钨极3种,常用钨极的性能特点和化学成分见表5-1。表5-1常用钨极的性能特点表5-1常用钨极的性能特点图5-3钨极及钨极磨尖机2.焊丝焊丝选用的原则是使熔敷金属化学成分或力学性能与被焊材料相当。3.保护气体TIG焊的保护气体大致有氩气、氦气及氩-氢和氩-氦的混合气体3种,使用最广的是氩气。氦气由于比较稀缺,提炼困难,价格昂贵,国内极少使用。氩-氢和氩-氦的混合气体,仅限于不锈钢、镍及镍-铜合金焊接。氩气是无色、无味的惰性气体,不与
4、金属起化学反应,也不溶于金属。表5-2各种金属焊接时对氩气的纯度要求四、TIG焊设备手工钨极氩弧焊设备包括电源、焊枪、供气系统、冷却系统、控制系统等部分,如图5-4所示。图5-4手工钨极氩弧焊设备1填充金属2焊枪3流量计4氩气瓶5焊机6开关7工件1.电源电源也称焊机,有交流电源、直流电源、交直流电源及脉冲电源等。2.焊枪钨极氩弧焊焊枪的作用是夹持电极、导电和输送氩气流。图5-5氩弧焊枪3.供气系统钨极氩弧焊的供气系统由氩气瓶、减压器、流量计和电磁阀组成。图5-6常见喷嘴形式示意图a)圆柱带锥形b)圆柱带球形c)圆锥形图5-7氩气流量调节器4.冷却系统一般选用的最大焊接电流在100A以上时,必须
5、通水来冷却焊枪和电极。5.控制系统钨极氩弧焊的控制系统是通过控制线路,对供电、供气、引弧与稳弧等各个阶段的动作程序实现控制。图5-8交流手工钨极氩弧焊控制程序五、TIG焊的 特点及应用TIG焊除具有气体保护焊共有的特点外,还有一些特点,其特点和应用如下。1.焊接质量好氩气是惰性气体,不与金属起化学反应,合金元素不会氧化烧损,而2.适应能力强采用氩气保护无熔渣,填充焊丝不通过电流也不产生飞溅,焊缝成形美观;电弧稳定性好,即使在很小的电流(10A)下仍能稳定燃烧,且热源和填充焊丝可分别控制,热输入容易调节,所以特别适合薄件、超薄件(0.1mm)及全位置焊接(如管道对接)。3.焊接范围广TIG焊几乎
6、可焊接除熔点非常低的铅、锡以外的所有的金属和合金,特别适宜焊接化学性质活泼的金属和合金。常用于铝、镁、钛、铜及其合金和不锈钢、耐热钢及难熔活泼金属(如锆、钽、等钼)等材料的焊接。由于容易实现单面焊双面成形,有时还可用于焊接结构的打底焊。4.焊接效率低由于用钨作电极,承载电流能力较差,焊缝易受钨的污染。5.焊接成本较高由于使用氩气等惰性气体,焊接成本高,常用于质量要求较高焊缝及难焊金属的焊接。【任务实施】通过参观焊接车间,达到对TIG焊的原理、设备及工具以及焊丝与钨极等的认识和了解,并填写参观记录表,见表5-3。表5-3参观记录表TIG焊可以使用直流电,也可以使用交流电。电流种类和极性应根据焊件
7、材质而定。1.直流反接钨极氩弧焊直流反接时,即钨极为正极、焊件为负极,由于电弧阳极温度高于阴极温度,使接正极的钨棒容易过热而烧损,许用电流小,同时焊件上产生的热量不多,因而焊缝较浅,焊接生产率低,所以很少采用。【知识拓展】图5-9阴极破碎作用a)直流反接b)直流正接2.直流正接钨极氩弧焊直流正接时,即钨极为负极、焊件为正极。3.交流TIG焊由于交流电的极性是不断变化的,这样在交流正极性的半周波中(钨极为负极),钨极可以得到冷却,以减小烧损。表5-4电源种类和极性的选择表5-4电源种类和极性的选择【学习目标】1.理解奥氏体不锈钢的TIG焊工艺。2.了解脉冲TIG焊工艺。【任务描述】图5-10为一
8、不锈钢小直径管焊接图,材料为06Cr19Ni10、规格为?60mm100mm5mm。根据有关标准和技术要求,采用TIG焊进行焊接,请制定正确的焊接工艺,并填写焊接工艺卡(表5-5)。图5-10不锈钢管焊接本任务工艺分析主要包括不锈钢TIG焊的焊接性分析、焊丝的选用、焊机的选用及焊接参数(焊接电流、电弧电压、焊接速度等)选择等内容。一、材料的焊接性分析奥氏体不锈钢TIG焊时,焊接性良好,焊接时一般不需采取特殊工艺措施。【工艺分析】二、焊前清理与保护钨极氩弧焊时,对材料表面质量要求较高,因此必须对被焊材料的坡口附近及焊丝表面进行清理。1.焊前清理焊前清理的常用方法有机械清理法、化学清理法和化学机械
9、清理法等。2.焊接保护(1)加挡板对于端接接头和角接接头,采用加临时挡板的方法加强保护效果,如图5-11所示。图5-11加临时挡板加强保护a)外角接b)端接图5-12对接平焊用的拖罩1焊枪2进气管3气体分布4拖罩外壳5钢丝网图5-13管子对接环缝焊接用拖罩及反面保护1焊枪2环形拖罩3管子4金属或纸质挡板图5-14焊缝背面通气保护a)通保护气的垫板b)反面充气罩保护三、焊接材料的选用奥氏体不锈钢焊丝的选用原则,应使焊缝的合金成分与母材的成分基本相同,并尽量降低焊缝金属中的碳的质量分数和硫、磷杂质的质量分数。表5-6常用奥氏体不锈钢TIG焊的焊接材料四、焊接参数的选择原则TIG焊的焊接参数主要有钨
10、极直径、焊接电流、电弧电压、氩气流量、焊接速度和喷嘴直径等。1.钨极直径及端部形状钨极直径主要按焊件厚度、焊接电流、电源极性来选择。图5-15常用的钨极端部形状a)直流小电流b)直流大电流c)交流2.焊接电流焊接电流主要根据焊件厚度、钨极直径和焊缝空间位置来选择,过大或过小的焊接电流都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。表5-7各种直径的钨极许用电流范围氩气流量过小,气流挺度差,易受到外界气流的干扰,降低气体保护效果;氩气流量过大,不仅浪费,而且容易形成紊流,使空气卷入,反而对保护不利,同时带走电弧区的热量较多,影响电弧的稳定燃烧。4.焊接速度在一定的钨极直径、焊接电流和氩气流量条件下,焊接速度过
11、快,会使保护气流偏离钨极与熔池,影响气体保护效果,易产生未焊透等缺陷。3.氩气流量和喷嘴直径 图5-16焊接速度对氩气保护效果的影响a)焊枪不动b)正常速度c)速度过大5.电弧电压电弧电压增大,焊缝厚度减小,熔宽显著增加;随着电弧电压的增加,气体保护效果随之变差。6.喷嘴与焊件间的距离喷嘴与焊件间的距离以515mm为宜。7.钨极伸出长度钨极伸出长度是指钨极端部突出喷嘴端面以外的距离。表5-8不锈钢TIG焊的焊接参数通过分析,不锈钢小直径管TIG焊的焊接工艺如下,编制的焊接工艺卡见表5-9。一、焊接性06Cr19Ni10为奥氏体不锈钢,碳的质量分数0.08%,Ni的质量分数为8%11%,Cr的质
12、量分数为18%20%,所以TIG焊不需采取特殊的工艺措施,焊接性良好。二、焊接工艺(1)焊接材料根据应使焊缝的合金成分与母材的成分基本相同的原则,选用H06Cr21Ni10、?2.5mm焊丝,氩气纯度不低于99.7%(体积分数),电极选用铈钨极、?2.5mm。【知识拓 展】图5-17脉冲焊接电流波形示意图a)矩形波b)正弦波c)三角波T脉冲周期tp脉冲电流时间tb基值电流时间Ip脉冲电流Ib基值电流1.脉冲TIG焊原理焊接时,脉冲电流产生的大而明亮的脉冲电弧和基值电流产生的小而暗淡的基值电弧交替作用在焊件上。图5-18脉冲焊缝a)脉冲焊缝成形示意图b)脉冲焊缝实物图2.脉冲TIG焊特点(1)接
13、头质量好能有效地控制焊接热输入和接头金属的高温停留时间,因此减小了焊缝和热影响区金属过热,提高了接头的力学性能,并可减少焊接变形与应力。图5-19珠光体耐热钢管焊接图【学习目标】1.理解珠光体耐热钢的焊接性。2.理解珠光体耐热钢TIG焊工艺。【任务描述】图5-19为一珠光体耐热钢小直径管焊接图,材料为12CrMo、规格为?60mm100mm5mm。根据有关标准和技术要求,采用TIG焊进行焊接,请制订正确的焊接工艺,并填写焊接工艺卡,见表5-10。【工艺分析】本任务工艺分析主要包括珠光体耐热钢TIG焊焊接性分析、焊丝的选用、焊接参数选用及焊接工艺措施(预热、焊后热处理等)选择等内容。焊接参数的选
14、用原则具体见本模块任务二。一、材料的焊接性分析1.珠光体耐热钢高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢叫做耐热钢。Mo是耐热钢中的强化元素,Mo的熔点高达2625,固溶后可提高钢的再结晶温度,从而使钢的高温强度和抗蠕变能力得到提高,能在500600时仍保持较高的强度。此外耐热钢中还可以加入钒、钨、铌、铝、硼等合金元素,以提高高温强度。珠光体耐热钢由于具有较高的抗氧化性和热强性,现广泛用于制造工作温度在350600范围内的动力发电设备。2.珠光体耐热钢的焊接性分析珠光体耐热钢焊接时的主要问题是淬硬倾向大,易产生冷裂纹和再热裂纹等。师傅点拨二、焊接材料的选用珠光体耐热钢焊丝的选用原则是使焊缝金属的化学成
15、分与母材相等或相近。三、预热和焊后热处理预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。表5-11常用珠光体耐热钢焊丝表5-12常用珠光体耐热钢预热和焊后热处理工艺参数【工艺确定】通过任务分析,珠光体耐热钢小直径管焊接工艺如下,编制的焊接工艺卡见表5-13。一、焊接性12CrMo为珠光体耐热钢,碳的质量分数0.15%,Mo的质量分数为0.4%0.55%,Cr的质量分数为0.4%0.7%,焊接时有一定的淬硬、冷裂纹和再热裂纹倾向。由于TIG焊具有超低氢的特点,所以焊前可以不预热或预热至100。为了减少焊接残余应力,焊后可在650700进行高温回火。二、焊接工艺(1)焊接材料根据焊缝的合金成分与母材的成分基
16、本相同原则,选用ER55B2(H08CrMnSiMo)、?2.5mm焊丝;氩气纯度不低于99.7%(体积分数),电极选用铈钨极、?2.5mm。【拓展与提高】由于TIG焊的保护作用好,热量集中、焊缝质量好、成形美观、热影响区小和焊件的变形小,因此对质量要求高的铝及铝合金构件,常用氩弧焊焊接。一、铝及铝合金的焊接性(1)易氧化铝和氧的亲和力很大,因此在铝合金表面总有一层难熔的氧化铝薄膜。二、铝及铝合金TIG焊工艺1.焊前清理焊前清理是保证铝及铝合金焊接质量的重要工艺措施。2.焊接材料铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。3.电流种类为了既产生阴极破碎作用,又防止钨极烧损,钨极氩弧焊采用交流电源。4.预热由于铝的比热比钢大一倍,导热性比钢大2倍,所以为了防止焊缝区热量的大量流失,焊前可对焊件进行预热。表5-14铝及铝合金手工TIG焊的焊接参数
