1、第第6 6章章 钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊 TIG焊的原理及应用焊的原理及应用 焊接设备焊接设备 焊接材料以及焊接工艺焊接材料以及焊接工艺 热丝热丝TIG焊和钨极脉冲氩弧焊焊和钨极脉冲氩弧焊6.1 TIG6.1 TIG焊原理、特点及应用焊原理、特点及应用6.1.1 TIG6.1.1 TIG焊工作原理焊工作原理图图6-1 TIG6-1 TIG焊工作原理焊工作原理1钨极钨极 2惰性气体惰性气体 3喷嘴喷嘴 4电极夹电极夹 5电弧电弧6焊缝焊缝 7熔池熔池 8母材母材 9填充焊丝填充焊丝 10焊接电源焊接电源6.1.2 TIG6.1.2 TIG焊的特点焊的特点 1.优点：优点：（1）能够实
2、现高品质焊接，得到优良的焊缝。这是由于）能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝。这是由于电弧在惰性气氛中极为稳定，保护气对电弧及熔池的保护电弧在惰性气氛中极为稳定，保护气对电弧及熔池的保护很可靠，能有效地排除氧、氮、氢等气体对焊接金属的侵很可靠，能有效地排除氧、氮、氢等气体对焊接金属的侵害。害。（2）焊接过程中钨电极是不熔化的，故易于保持恒定的）焊接过程中钨电极是不熔化的，故易于保持恒定的电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝很电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝很美观、平滑、均匀。美观、平滑、均匀。（3）焊接电流的使用范围通常为）焊接电流的使用范围通常为5500A。即使电流
3、小。即使电流小于于10A，仍能正常焊接，因此特别适合于薄板焊接。如果，仍能正常焊接，因此特别适合于薄板焊接。如果采用脉冲电流焊接，可以更方便地对焊接热输入进行调节采用脉冲电流焊接，可以更方便地对焊接热输入进行调节控制。控制。（4）在薄板焊接时无需添加焊丝。在厚板焊接时，由于填充焊丝不通过焊）在薄板焊接时无需添加焊丝。在厚板焊接时，由于填充焊丝不通过焊接电流，所以不会产生因熔滴过渡引起电弧电压和电流变化而产生的飞溅接电流，所以不会产生因熔滴过渡引起电弧电压和电流变化而产生的飞溅现象，为获得光滑的焊缝表面提供了良好条件。现象，为获得光滑的焊缝表面提供了良好条件。（5）钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧焊
4、方法中稳定性最好的电弧之一。电）钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧焊方法中稳定性最好的电弧之一。电弧呈典型的钟罩形形态（见图弧呈典型的钟罩形形态（见图6-2），焊接熔池可见性好，焊接操作十分容），焊接熔池可见性好，焊接操作十分容易进行，因此应用比较普遍。易进行，因此应用比较普遍。（6）可以焊接各种金属材料，如：钢、铝、钛、镁等。）可以焊接各种金属材料，如：钢、铝、钛、镁等。（7）TIG焊可靠性高，所以可以焊接重要构件，可用于核电站及航空、航天焊可靠性高，所以可以焊接重要构件，可用于核电站及航空、航天工业。工业。图图6-2 6-2 钨极氩弧焊时的电弧形态钨极氩弧焊时的电弧形态2.2.缺点缺点（1）焊接
5、效率低于其它方法。由于钨极承载电流能力）焊接效率低于其它方法。由于钨极承载电流能力有限，且电弧较易扩展而不集中，有限，且电弧较易扩展而不集中，TIG焊的功率密度受焊的功率密度受到制约，致使焊缝熔深浅，熔敷速度小，焊接速度不高到制约，致使焊缝熔深浅，熔敷速度小，焊接速度不高和生产率低。和生产率低。（2）氩气没有脱氧或去氢作用，所以焊前对除油、去）氩气没有脱氧或去氢作用，所以焊前对除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则易产生气孔，影响锈、去水等准备工作要求严格，否则易产生气孔，影响焊缝的质量。焊缝的质量。（3）焊接时钨极有少量的熔化蒸发，钨微粒如果进入）焊接时钨极有少量的熔化蒸发，钨微粒如果进入
6、熔池会造成夹钨，影响焊缝质量，电流过大时尤为明显。熔池会造成夹钨，影响焊缝质量，电流过大时尤为明显。（4）由于生产效率较低和惰性气体的价格较高，生产）由于生产效率较低和惰性气体的价格较高，生产成本比焊条电弧焊、埋弧焊和成本比焊条电弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊都要高。气体保护焊都要高。6.1.3 TIG6.1.3 TIG焊的应用焊的应用 可以用于几乎所有金属和合金的焊接，特别是可以用于几乎所有金属和合金的焊接，特别是对铝、镁、钛、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐热对铝、镁、钛、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐热钢、高温合金和钼、铌、锆等难熔金属等的焊接最具优钢、高温合金和钼、铌、锆等难熔金属等
7、的焊接最具优势。势。TIG焊有手工焊和自动焊两种方式。它适用于各种焊有手工焊和自动焊两种方式。它适用于各种长度焊缝的焊接；既可以焊接薄件，也可以用来焊接厚长度焊缝的焊接；既可以焊接薄件，也可以用来焊接厚件；既可以在平焊位置焊接，也可以在各种空间位置焊件；既可以在平焊位置焊接，也可以在各种空间位置焊接。接。通常被用于焊接厚度为通常被用于焊接厚度为6mm以下的焊件。如果采以下的焊件。如果采用脉冲钨极氩弧焊，焊接厚度可以降到用脉冲钨极氩弧焊，焊接厚度可以降到0.8mm以下。以下。对于大厚度的重要结构（如压力容器、管道等），对于大厚度的重要结构（如压力容器、管道等），通常利用通常利用TIG焊进行打底焊
8、，以保证根部焊道的质量。焊进行打底焊，以保证根部焊道的质量。6.2 TIG6.2 TIG焊设备焊设备 6.2.1 TIG6.2.1 TIG焊设备的组成焊设备的组成 手工手工T1G焊设备包括焊接电源、控制系统、引弧焊设备包括焊接电源、控制系统、引弧装置、稳弧装置（交流焊接设备用）、焊枪、供气系统装置、稳弧装置（交流焊接设备用）、焊枪、供气系统和供水系统等部分。和供水系统等部分。其中，控制系统包括两部分：一部分是为了保证其中，控制系统包括两部分：一部分是为了保证焊接电源实现焊接电源实现TIG焊所要求的垂降外特性、电流调节特焊所要求的垂降外特性、电流调节特性等而设置的；另一部分是为了协调气体与电源之
9、间先性等而设置的；另一部分是为了协调气体与电源之间先后顺序而设置的程序控制系统。后顺序而设置的程序控制系统。图图6-3 6-3 手工钨极气体保护焊设备手工钨极气体保护焊设备1焊接电源及控制系统焊接电源及控制系统 2供气系统供气系统 3供水系统供水系统 4焊枪焊枪 5焊丝焊丝 6工件工件 7工件电缆工件电缆 8焊枪电缆焊枪电缆 9出水管出水管 10开关线开关线 11焊枪气管焊枪气管 12供气气管供气气管焊枪与导丝嘴在焊接小车上相互的位置焊枪与导丝嘴在焊接小车上相互的位置 图图6-4 6-4 自动焊焊枪与导丝嘴的调节自动焊焊枪与导丝嘴的调节1钨极钨极 2喷嘴喷嘴 3焊枪焊枪 4焊枪夹焊枪夹 5焊丝
10、导管焊丝导管6导丝装置导丝装置 7焊丝焊丝 8保护气流保护气流 6.2.2 6.2.2 焊接电源焊接电源 根据被焊材料选择电源种类和极性接法根据被焊材料选择电源种类和极性接法 1.1.直流电源直流电源直流直流TIG焊时，电极是接正还是接负，对电弧的性质及对焊时，电极是接正还是接负，对电弧的性质及对母材的熔化的影响。母材的熔化的影响。（1 1）直流反接）直流反接 具有阴极清理作用，可以获得表面光亮美观、成具有阴极清理作用，可以获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。形良好的焊缝。反接时钨极是电弧的阳极，不具有发射电子的作反接时钨极是电弧的阳极，不具有发射电子的作用，而是接受大量电子及其携带的大量能量。
11、因而易产用，而是接受大量电子及其携带的大量能量。因而易产生过热，甚至熔化。因而钨极为阳极时的许用电流仅为生过热，甚至熔化。因而钨极为阳极时的许用电流仅为阴极时的阴极时的1/10左右，钨极端头形状都是圆球状；另一方左右，钨极端头形状都是圆球状；另一方面，焊件为阴极，阴极斑点寻找氧化膜，不断游动，使面，焊件为阴极，阴极斑点寻找氧化膜，不断游动，使得电弧分散，加热不集中，因而得到浅而宽的焊缝（见得电弧分散，加热不集中，因而得到浅而宽的焊缝（见图图6-5a），生产率低。），生产率低。由于上述原因，由于上述原因，TIG焊直流反接用得较少，只用于厚焊直流反接用得较少，只用于厚度约度约3mm以下的铝、镁及其
12、合金焊接。以下的铝、镁及其合金焊接。图图6-5 TIG6-5 TIG焊电流种类与极性对焊缝形状的影响示意图焊电流种类与极性对焊缝形状的影响示意图a)a)直流反接直流反接 b)b)直流正接直流正接 c)c)交流交流（2）直流正接）直流正接 适用于除焊接铝、镁及其合金以外的其它金属材料适用于除焊接铝、镁及其合金以外的其它金属材料焊接。焊接。（1 1）对钨极具有冷却作用，钨极不易过热烧损，）对钨极具有冷却作用，钨极不易过热烧损，可以采用较细的钨极，通过较大的电流，电极形状保持可以采用较细的钨极，通过较大的电流，电极形状保持良好，寿命较长。良好，寿命较长。（2 2）能得到深而窄的焊缝（见图）能得到深而
13、窄的焊缝（见图6-5b6-5b），生产率高，），生产率高，焊件的收缩和变形也较小。焊件的收缩和变形也较小。（3 3）钨棒的热发射能力很强，当采用小直径）钨棒的热发射能力很强，当采用小直径钨棒时，电流密度可以增大，即使在小电流下钨棒时，电流密度可以增大，即使在小电流下电弧也能稳定。电弧也能稳定。2.2.交流电源交流电源 焊接铝、镁及其合金时一般都采用交流电。焊接铝、镁及其合金时一般都采用交流电。在工件为阴极的半波里有去除工件表面氧化膜的作用。在工件为阴极的半波里有去除工件表面氧化膜的作用。在钨极为阴极的半波里钨极可以得到冷却，并能发射在钨极为阴极的半波里钨极可以得到冷却，并能发射足够的电子以利于
14、电弧稳定。足够的电子以利于电弧稳定。电弧电流的不对称性电弧电流的不对称性 由于电极和母材的电性能、热物理性能以及几何由于电极和母材的电性能、热物理性能以及几何尺寸等方面存在差异，造成在交流电两半周中的弧柱导尺寸等方面存在差异，造成在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，致使电弧电流也不电率、电场强度和电弧电压不对称，致使电弧电流也不对称对称 。图图6-6 6-6 交流交流TIGTIG焊时电弧电压、电流波形及直流分量示意图焊时电弧电压、电流波形及直流分量示意图a)电压波形电压波形 b)电流波形电流波形说明：说明：这种在交流电弧中产生直流分量的现象，这种在交流电弧中产生直流分量的现
15、象，不仅在用交流不仅在用交流TIG焊焊铝时存在，凡两种电极材焊焊铝时存在，凡两种电极材料的物理性能差别较大时都会出现。母材与电料的物理性能差别较大时都会出现。母材与电极的性能相差越远，上述不对称现象越严重，极的性能相差越远，上述不对称现象越严重，直流分量也越大。即使是同种材料交流焊接时，直流分量也越大。即使是同种材料交流焊接时，由于电极与焊件几何形状和散热条件的差异，由于电极与焊件几何形状和散热条件的差异，也会有直流分量，只是其直流分量数值很小，也会有直流分量，只是其直流分量数值很小，不影响设备正常工作而已。不影响设备正常工作而已。直流分量的影响直流分量的影响 由于直流分量的存在，首先会使阴极
16、清理作用减由于直流分量的存在，首先会使阴极清理作用减弱，其次会使焊接变压器铁芯相应产生直流磁通，可使弱，其次会使焊接变压器铁芯相应产生直流磁通，可使变压器达到磁饱和状态，从而导致变压器激磁电流大大变压器达到磁饱和状态，从而导致变压器激磁电流大大增加。这样，一方面变压器的铁损和铜损增加，效率降增加。这样，一方面变压器的铁损和铜损增加，效率降低，温升提高，甚至烧毁变压器；另一方面会使焊接电低，温升提高，甚至烧毁变压器；另一方面会使焊接电流波形严重畸变，降低功率因数。这些都会给电弧的稳流波形严重畸变，降低功率因数。这些都会给电弧的稳定燃烧带来不利影响。定燃烧带来不利影响。消除直流分量的方法消除直流分
17、量的方法 最常见的方法是在焊接回路中串联电容。其它方最常见的方法是在焊接回路中串联电容。其它方法还有串接蓄电池、采用电阻和二极管电路等，但都不法还有串接蓄电池、采用电阻和二极管电路等，但都不是理想的方法，很少被采用。是理想的方法，很少被采用。为了隔直所需要的电容量，一般按每安培电流需为了隔直所需要的电容量，一般按每安培电流需要要300F以上的电容容量来计算。适当加大电容量不仅以上的电容容量来计算。适当加大电容量不仅对电容器的安全使用有好处，而且能改善电弧的稳定性。对电容器的安全使用有好处，而且能改善电弧的稳定性。3 3 方波（矩形波）交流电源方波（矩形波）交流电源 为了提高交流为了提高交流TI
18、GTIG焊电弧稳定性，同时也为了保焊电弧稳定性，同时也为了保证在铝、镁合金焊接时既有满意的阴极清理作用，又可证在铝、镁合金焊接时既有满意的阴极清理作用，又可获得较为合理的两极热量分配，所以发展了方波交流弧获得较为合理的两极热量分配，所以发展了方波交流弧焊电源。焊电源。方波电源焊接电流波形图方波电源焊接电流波形图 图图6-76-7方波电源焊接电流波形图方波电源焊接电流波形图 设设KR表示负极性半波（焊件为阴极）通电时间的比表示负极性半波（焊件为阴极）通电时间的比例，则一般例，则一般KR可在可在10%50%范围内调节。范围内调节。KRTR/(TR+TS)100%KR为正、负极性半波宽度可调值，或称
19、反转比；为正、负极性半波宽度可调值，或称反转比；TR为周期中负极性半波时间；为周期中负极性半波时间；Ts为周期中正极性半波时间。为周期中正极性半波时间。当当KR增大时，阴极清理作用加强，但熔深变得较浅，增大时，阴极清理作用加强，但熔深变得较浅，熔宽加大，钨极烧损加快；反之，熔宽加大，钨极烧损加快；反之，KR减小时，对两极热减小时，对两极热量分配有利，而阴极破碎作用减弱。通常是选择最小而量分配有利，而阴极破碎作用减弱。通常是选择最小而必要的反极性时间以去除氧化膜，用余下的正极性时间必要的反极性时间以去除氧化膜，用余下的正极性时间加速母材的熔化，以便进行深熔透的高速焊。加速母材的熔化，以便进行深熔
20、透的高速焊。要实现交流方波焊接，根据电源种类的不同，要实现交流方波焊接，根据电源种类的不同，可以采用晶闸管电抗器式矩形波电源，也可以采用可以采用晶闸管电抗器式矩形波电源，也可以采用逆变式矩形波电源。逆变式矩形波电源。近年来逆变电源技术迅速发展，在电源直流输近年来逆变电源技术迅速发展，在电源直流输出之后加双逆变电路，利用电子电路控制，可以更出之后加双逆变电路，利用电子电路控制，可以更灵活地进行不对称方波交流和脉冲调制方波交流的灵活地进行不对称方波交流和脉冲调制方波交流的控制。控制。TIG焊双逆变电源的原理图如图焊双逆变电源的原理图如图6-8所示。这种所示。这种电源更多用计算机智能控制，精度高，稳
21、定性好，电源更多用计算机智能控制，精度高，稳定性好，可自动完成输出的同步控制，诊断故障并分类显示，可自动完成输出的同步控制，诊断故障并分类显示，焊接性能优异，通用性很强，是先进的焊接设备。焊接性能优异，通用性很强，是先进的焊接设备。图图6-86-8TIGTIG焊逆变电源的原理图焊逆变电源的原理图 与普通正弦波交流电源相比，方波电源的优点是：与普通正弦波交流电源相比，方波电源的优点是：（1）方波电流过零后增长快，再引燃容易，大大提高）方波电流过零后增长快，再引燃容易，大大提高了稳弧性能。如果空载电压在了稳弧性能。如果空载电压在70V以上，不需再加稳弧以上，不需再加稳弧装置，可使电流为装置，可使电
22、流为10A以上的电弧稳定燃烧。以上的电弧稳定燃烧。（2）可以根据焊接条件选择最小而必要的）可以根据焊接条件选择最小而必要的KR，使其既，使其既能满足清除氧化膜的需要，又能获得最小的钨极损耗和能满足清除氧化膜的需要，又能获得最小的钨极损耗和可能的最大熔深。可能的最大熔深。（3）由于采用电子电路控制，正、负半波电流幅值可）由于采用电子电路控制，正、负半波电流幅值可调，焊接铝、镁及其合金时，无需另加消除直流分量装调，焊接铝、镁及其合金时，无需另加消除直流分量装置。置。6.2.3 6.2.3 引弧装置和稳弧装置引弧装置和稳弧装置 为了避免钨极对焊缝的污染，为了避免钨极对焊缝的污染，TIG焊时宜焊时宜采
23、用非接触式引弧，因而需要使用辅助引弧装采用非接触式引弧，因而需要使用辅助引弧装置。对于普通交流置。对于普通交流TIG焊，引弧后还须要采用稳焊，引弧后还须要采用稳弧措施，这是因为焊接电流在正、负半波交替弧措施，这是因为焊接电流在正、负半波交替时过零点，电弧空间发生消电离过程，而且，时过零点，电弧空间发生消电离过程，而且，当电弧由焊件接正转向接负的瞬间，需要重新当电弧由焊件接正转向接负的瞬间，需要重新引燃电弧的电压很高，而焊接电源往往不能提引燃电弧的电压很高，而焊接电源往往不能提供这样高的电压，因此，就需要有能使电弧重供这样高的电压，因此，就需要有能使电弧重新引燃的稳弧装置。目前，应用最多的是高频
24、新引燃的稳弧装置。目前，应用最多的是高频高压式和高压脉冲式引弧和稳弧装置。高压式和高压脉冲式引弧和稳弧装置。1 1 高频高压引弧和稳弧装置高频高压引弧和稳弧装置 通常需要产生的高频高压大约为通常需要产生的高频高压大约为3000V，这时焊，这时焊接电源的空载电压只要接电源的空载电压只要65V左右就可以了。左右就可以了。图图6-9 6-9 高频振荡器电路原理图高频振荡器电路原理图升压变压器升压变压器T1火花气隙放电器火花气隙放电器P振荡电容振荡电容C1高频耦合变压器高频耦合变压器T2 产生振荡的频率仅与电容产生振荡的频率仅与电容C和电感和电感L有关，实质上就有关，实质上就是是LC振荡电路。振荡电路
25、。其振荡频率为其振荡频率为fl/(2 )。一般振荡电容为一般振荡电容为0.00250.0051F，等效电感约为，等效电感约为0.16H，因此实际振荡频率可达，因此实际振荡频率可达150260kHz。当电源为正弦波时，每半周振荡一次，振荡是衰减当电源为正弦波时，每半周振荡一次，振荡是衰减的，每次能维持的，每次能维持26ms，高频振荡器输出的电压，高频振荡器输出的电压般为般为25003000V，功率约，功率约l00200W。LC高频振荡器的连接方式高频振荡器的连接方式多用串联方式多用串联方式 图图6-10 6-10 高频振荡器的连接方式高频振荡器的连接方式(a)并联式并联式 (b)串联式串联式高频
26、振荡器高频振荡器引弧引弧效果很好，引燃后可以通过控制效果很好，引燃后可以通过控制电路实现自动关闭，电路实现自动关闭，稳弧稳弧方面很少采用。方面很少采用。稳弧时理想的波形图稳弧时理想的波形图 图图6-11 6-11 高频振荡波形与电流波形的相位关系高频振荡波形与电流波形的相位关系2 2 高压脉冲引弧和稳弧装置高压脉冲引弧和稳弧装置 在钨极与工件之间加一高压脉冲，加强在钨极与工件之间加一高压脉冲，加强阴极发射电子及两极间气体介质电离而实现引阴极发射电子及两极间气体介质电离而实现引弧。在交流弧。在交流TIG焊时，既可用它来引弧又可用它焊时，既可用它来引弧又可用它来稳弧。来稳弧。图图6-12 6-12
27、 高压脉冲发生器电路高压脉冲发生器电路 引弧脉冲与电源电压之间、稳弧脉冲与电弧电流引弧脉冲与电源电压之间、稳弧脉冲与电弧电流之间的相位关系之间的相位关系 图图6-136-13高压引弧和稳弧脉冲与电压、电流的相位关系高压引弧和稳弧脉冲与电压、电流的相位关系u-电源电压电源电压 i电弧电流电弧电流6.2.4 6.2.4 焊枪焊枪1.1.作用与要求作用与要求作用是夹持钨极、传导焊接电流和输送并喷出保护气体。作用是夹持钨极、传导焊接电流和输送并喷出保护气体。要求：要求：（1 1）喷出的保护气体具有良好的流动状态和一定的挺）喷出的保护气体具有良好的流动状态和一定的挺度度,以获得可靠的保护；以获得可靠的保
28、护；（2 2）枪体有良好的气密性和水密性，传导电流的零件）枪体有良好的气密性和水密性，传导电流的零件有良好的导电性；有良好的导电性；（3 3）枪体能被充分冷却；）枪体能被充分冷却；（4 4）喷嘴与钨极之间绝缘良好，以免喷嘴和工件不慎）喷嘴与钨极之间绝缘良好，以免喷嘴和工件不慎接触而发生短路、打弧；接触而发生短路、打弧；（5 5）重量轻、结构紧凑，可达到性好，装拆维修方便。）重量轻、结构紧凑，可达到性好，装拆维修方便。2 2 类型与结构类型与结构 焊枪分气冷式和水冷式两种，焊枪分气冷式和水冷式两种，前者用于小电流前者用于小电流(一般一般150A)焊接，其冷却作用焊接，其冷却作用主要是由保护气体的
29、流动来完成，其重量轻、尺寸小、主要是由保护气体的流动来完成，其重量轻、尺寸小、结构紧凑、价格比较便宜；结构紧凑、价格比较便宜；后者用于大电流后者用于大电流(150A)焊接，其冷却作用主要焊接，其冷却作用主要由流过焊枪内导电部分和焊接电缆的循环水来实现，结由流过焊枪内导电部分和焊接电缆的循环水来实现，结构比较复杂，比气冷式重而贵。使用时两种焊枪皆应注构比较复杂，比气冷式重而贵。使用时两种焊枪皆应注意避免超载工作，以延长焊枪寿命。意避免超载工作，以延长焊枪寿命。手工手工TIGTIG焊用的典型水冷式焊枪焊用的典型水冷式焊枪 图图6-146-14水冷式水冷式TIGTIG焊焊枪结构焊焊枪结构1钨电极钨电
30、极2陶瓷喷嘴陶瓷喷嘴3导气套导气套管管4电极夹头电极夹头5枪体枪体6电极电极帽帽 7进气管进气管8冷却水管冷却水管9控制控制开关开关10焊枪手柄焊枪手柄 焊枪规格的划分焊枪规格的划分 按能采用的最大电流来划分。按能采用的最大电流来划分。它们采用不同规格的电极和不同类型与尺寸的喷它们采用不同规格的电极和不同类型与尺寸的喷嘴。焊枪头部的倾斜角度（即电极与手柄之间的夹角）嘴。焊枪头部的倾斜角度（即电极与手柄之间的夹角）在在0900之间。之间。3 3 喷嘴喷嘴 喷嘴的形状尺寸对气流的保护性能影响很大喷嘴的喷嘴的形状尺寸对气流的保护性能影响很大喷嘴的下部下部 为圆柱形通道，通道越长保护效果越好；通道直径
31、为圆柱形通道，通道越长保护效果越好；通道直径越大，保护范围越宽，但可达到性变差，且影响视线。越大，保护范围越宽，但可达到性变差，且影响视线。圆柱通道内径圆柱通道内径D、长度、长度 和钨极直径和钨极直径d之间的关系为：之间的关系为：D=(2.53.5)d (1.41.6)D(79)试验证明，圆柱形喷嘴保护效果最好，收敛形喷嘴试验证明，圆柱形喷嘴保护效果最好，收敛形喷嘴（内径向出口方向逐渐减小）次之。但收敛形喷嘴的电（内径向出口方向逐渐减小）次之。但收敛形喷嘴的电弧可见度好，便于操作，应用较普遍。弧可见度好，便于操作，应用较普遍。006.2.5 6.2.5 供气系统与水冷系统供气系统与水冷系统1
32、1供气系统供气系统2 2一般钨极氩弧焊时，一般钨极氩弧焊时，3 3供气系统由气源（高压气供气系统由气源（高压气瓶）、瓶）、4 4气体减压阀、气体流量汁、气体减压阀、气体流量汁、5 5电磁气阀和软管等组成电磁气阀和软管等组成 2 2 水冷系统水冷系统 主要用来冷却焊接电缆、焊枪和钨棒。当焊接主要用来冷却焊接电缆、焊枪和钨棒。当焊接电流小于电流小于150A时不需要水冷。为了保证冷却水能可靠地时不需要水冷。为了保证冷却水能可靠地接通，并在一定的压力下才能起动焊接设备，可在水路接通，并在一定的压力下才能起动焊接设备，可在水路中串接水压开关。目前的中串接水压开关。目前的TlG焊设备中还设置了电磁阀，焊设
33、备中还设置了电磁阀，以控制冷却水的流通。较为先进的焊机，通常带有冷却以控制冷却水的流通。较为先进的焊机，通常带有冷却水自动循环装置。也可以使用独立的自动循环冷却水箱，水自动循环装置。也可以使用独立的自动循环冷却水箱，可以收到很好的冷却和节水效果。可以收到很好的冷却和节水效果。6.2.6 6.2.6 程序控制系统程序控制系统对对TlG焊程序控制系统的要求如下：焊程序控制系统的要求如下：1）起弧前，必须用焊枪向起始焊点提前）起弧前，必须用焊枪向起始焊点提前1.54s送气，送气，灭弧后应滞后灭弧后应滞后515s停气，焊枪须待停气后才离开终焊停气，焊枪须待停气后才离开终焊处。处。2）焊接时，在接通焊接
34、电源的同时，就起动引弧装置。）焊接时，在接通焊接电源的同时，就起动引弧装置。应自动控制引弧器、稳弧器的启动和停止。应自动控制引弧器、稳弧器的启动和停止。3）焊接开始时，使电流从较小的引弧电流逐渐上升到）焊接开始时，使电流从较小的引弧电流逐渐上升到焊接电流。焊接即将结束时，焊接电流应能自动地衰减，焊接电流。焊接即将结束时，焊接电流应能自动地衰减，直至电弧熄灭。直至电弧熄灭。4）电弧引燃后即进入焊接，焊枪的移动和焊丝的送进）电弧引燃后即进入焊接，焊枪的移动和焊丝的送进应同时协调地进行。应同时协调地进行。5）用水冷式焊枪时，送水与送气应同步进行。）用水冷式焊枪时，送水与送气应同步进行。图图6-16
35、6-16 TIGTIG焊的程序循环图焊的程序循环图a)手工手工TIG焊焊 b)自动自动TIG焊焊6.2.6 WSJ-5006.2.6 WSJ-500型手工交流型手工交流TIGTIG焊机焊机图图6-176-17WSJ500WSJ500型手工交流型手工交流TIGTIG焊机电气原理图焊机电气原理图1 1焊接主回路焊接主回路 组成：组成：BX3-500型弧焊变压器型弧焊变压器 脉冲变压器脉冲变压器T2的二次绕组的二次绕组 高压脉冲通路（高压脉冲通路（VD9、R5和和C10）消除直流分量的电路（隔直电容消除直流分量的电路（隔直电容C11、VD10和和R6）2 2脉冲引弧电路与脉冲稳弧电路脉冲引弧电路与脉
36、冲稳弧电路 脉冲引弧电路由引弧脉冲触发电路和高压脉冲引弧电路由引弧脉冲触发电路和高压脉冲发生器电路组成；脉冲发生器电路组成；脉冲稳弧电路由稳弧脉冲触发电路和高压脉冲稳弧电路由稳弧脉冲触发电路和高压脉冲发生器电路组成。脉冲发生器电路组成。脉冲引弧电路与脉冲稳弧电路共用一套高脉冲引弧电路与脉冲稳弧电路共用一套高压脉冲发生器电路。压脉冲发生器电路。3 3程序控制电路程序控制电路 由开关、继电器、接触器以及延时电路实由开关、继电器、接触器以及延时电路实现。该焊机没有电流衰减装置，延时电路的主要作现。该焊机没有电流衰减装置，延时电路的主要作用是控制提前送气与滞后断气的时间。用是控制提前送气与滞后断气的时
37、间。焊前准备时，将电源开关焊前准备时，将电源开关SA1闭合闭合 焊接起动时，将焊枪上的焊接起动时，将焊枪上的SA3拨到闭合位置拨到闭合位置 焊接结束时，使焊接结束时，使SA3断开断开 图图6-18 WSJ-5006-18 WSJ-500型焊机控制电路动作过程方框图型焊机控制电路动作过程方框图 6.3 TIG6.3 TIG焊用焊接材料焊用焊接材料6.3.1 6.3.1 保护气体保护气体1 1 保护气体特性比较保护气体特性比较 TIG焊用的保护气体主要是氩气、氦焊用的保护气体主要是氩气、氦气或氩与氦混合的惰性气体，其他如氖、氙、气或氩与氦混合的惰性气体，其他如氖、氙、氪等惰性气体太稀缺而不用于焊接
38、。氪等惰性气体太稀缺而不用于焊接。氩弧焊时，电弧一旦引燃就很稳定，氩弧焊时，电弧一旦引燃就很稳定，在各种保护气体中稳定性最好，一般电弧电在各种保护气体中稳定性最好，一般电弧电压仅压仅815V，但电弧容易扩展，呈典型的钟，但电弧容易扩展，呈典型的钟罩形，加热不够集中。罩形，加热不够集中。图图6-19 6-19 氩弧和氦弧各自的电弧静特性氩弧和氦弧各自的电弧静特性 除了氩气之外，氦气除了氩气之外，氦气(He)也是也是TIG焊中常用的保护气体。氩气的电离焊中常用的保护气体。氩气的电离电压为电压为15.7V，而氦为，而氦为24.5V，说明氦弧不如氩弧容易引燃和稳定。氩弧和，说明氦弧不如氩弧容易引燃和稳
39、定。氩弧和氦弧各自的电弧静特性如图氦弧各自的电弧静特性如图6-19所示。所示。2 2 保护气体种类的选择保护气体种类的选择 从经济观点一般应优先选用氩气。当焊接从经济观点一般应优先选用氩气。当焊接热导率高的原材料（如铝、铜）时，可以考虑选用热导率高的原材料（如铝、铜）时，可以考虑选用氦气。另外，焊接不锈钢时可以在氩或氦中加入少氦气。另外，焊接不锈钢时可以在氩或氦中加入少量氢气；焊接铜及其合金时，有些情况下也加入少量氢气；焊接铜及其合金时，有些情况下也加入少量氮气。在实际生产中有时采用氩量氮气。在实际生产中有时采用氩氦混合气体。氦混合气体。氩氩氢混合气体只用于焊接不锈钢和镍基合金。氢混合气体只用
40、于焊接不锈钢和镍基合金。氩氩氦混合气体氦混合气体 氩气电弧稳定而柔和，阴极清理作用好；氦气氩气电弧稳定而柔和，阴极清理作用好；氦气电弧发热量大而集中，具有较大的熔深。两者混合使电弧发热量大而集中，具有较大的熔深。两者混合使用可同时具有两者的优点。按体积分数计算，以氦占用可同时具有两者的优点。按体积分数计算，以氦占75%80%，氩气，氩气25%20%比较有效。比较有效。当用氩气保护焊接铝时，为了获得较大熔深而当用氩气保护焊接铝时，为了获得较大熔深而加入氦。随着氦的加入量增加，熔深也随之增加。实加入氦。随着氦的加入量增加，熔深也随之增加。实际使用时，以加至达到所需熔深为准。际使用时，以加至达到所需
41、熔深为准。氩氩氢混合气体氢混合气体 目的是提高焊接速度（因为能提高弧压从目的是提高焊接速度（因为能提高弧压从而提高电弧热功率）和有助于控制焊缝金属成形，而提高电弧热功率）和有助于控制焊缝金属成形，使焊道更均匀美观。按体积分数计算，氢含量一般使焊道更均匀美观。按体积分数计算，氢含量一般15%。图图6-20 6-20 氩氢混合气体电弧电压与电弧长度的关系氩氢混合气体电弧电压与电弧长度的关系 6.3.2 6.3.2 钨极钨极1对电极的要求及钨极性能对电极的要求及钨极性能应满足三个条件：应满足三个条件：（1）引弧及稳弧性能好；）引弧及稳弧性能好；（2）耐高温、不易损耗；）耐高温、不易损耗；（3）电流容
42、量大）电流容量大。2 2 钨极材料钨极材料（1）纯钨电极纯钨电极 一般在交流一般在交流TIG焊中使用，当钨电极焊中使用，当钨电极不不 需要保持一定的前端角度形状时。需要保持一定的前端角度形状时。（2）钍钨极钍钨极 一般用于一般用于TIG直流正接焊接。直流正接焊接。（3）铈钨极铈钨极 使用性能在某些方面优于钍。使用性能在某些方面优于钍。（4）其他电极其他电极 包括锆钨极、镧钨极和钇钨极包括锆钨极、镧钨极和钇钨极 。6.3.3 6.3.3 焊丝焊丝 手工手工TIG焊用的填充金属是直棒（条），其焊用的填充金属是直棒（条），其直径范围为直径范围为0.86mm，长度，长度1m以内。以内。自动焊用的是盘状
43、焊丝，其直径最细自动焊用的是盘状焊丝，其直径最细0.5mm，大电流或堆焊用的焊丝直径可达大电流或堆焊用的焊丝直径可达5mm，一般要求其，一般要求其化学成分与母材相同化学成分与母材相同。6.4 TIG6.4 TIG焊焊接工艺焊焊接工艺6.4.1 6.4.1 接头及坡口形式接头及坡口形式 对接对接 （焊接厚度为（焊接厚度为3mm以下）以下）开坡口（焊接厚度为开坡口（焊接厚度为6mm以上）以上）在焊接厚度超过在焊接厚度超过10mm的铝及铝合金时，为了保证的铝及铝合金时，为了保证焊透，焊透，还需要预热，温度为还需要预热，温度为150250。图图6-21 TIG6-21 TIG焊焊缝截面形状焊焊缝截面形
44、状a)无坡口，不填充焊丝无坡口，不填充焊丝 b)开坡口，填充焊丝开坡口，填充焊丝6.4.2 6.4.2 焊件和焊丝的焊前清理焊件和焊丝的焊前清理1 1清除油污、灰尘清除油污、灰尘 常用汽油、丙酮等有机溶剂清洗焊件和焊丝常用汽油、丙酮等有机溶剂清洗焊件和焊丝表面，然后擦干。表面，然后擦干。2 2清除氧化膜清除氧化膜 常用的方法有机械清理和化学清理两种，或常用的方法有机械清理和化学清理两种，或两者联合进行。两者联合进行。6.4.3 6.4.3 焊接参数的选择焊接参数的选择 TIG焊焊接参数有：焊接电流、电弧电压（电弧长度）、焊焊接参数有：焊接电流、电弧电压（电弧长度）、焊接速度、保护气体流量、钨极
45、伸出长度、填丝速度等焊接速度、保护气体流量、钨极伸出长度、填丝速度等 （1）焊接电流焊接电流 是决定焊缝熔深的最主要参数，要是决定焊缝熔深的最主要参数，要按照焊件材料、厚度、接头形式、焊接位置等因素来选定。按照焊件材料、厚度、接头形式、焊接位置等因素来选定。一般先确定电流类型和极性，然后确定电流的大小。一般先确定电流类型和极性，然后确定电流的大小。TIG焊开始和结束时对焊接电流通常都采取缓升和缓焊开始和结束时对焊接电流通常都采取缓升和缓降降（2 2）电弧电压电弧电压 电弧电压主要影响焊缝宽度，它电弧电压主要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定。由电弧长度决定。TIG焊电弧长度根据电流值的大小焊电弧长
46、度根据电流值的大小通常选择在通常选择在1.25mm之间。需要填加焊丝时，要选之间。需要填加焊丝时，要选择较长的电弧长度。择较长的电弧长度。（3 3）焊接速度焊接速度 当焊接电流确定后，焊接速度决当焊接电流确定后，焊接速度决定单位长度焊缝的热输入。提高焊接速度，熔深和定单位长度焊缝的热输入。提高焊接速度，熔深和熔宽均减小；反之，则增大。如果要保持熔宽均减小；反之，则增大。如果要保持定的焊定的焊缝成形系数，焊接电流和焊接速度应同时提高或减缝成形系数，焊接电流和焊接速度应同时提高或减小。小。TIG焊在焊在550cmmin的焊接速度下能够维的焊接速度下能够维持比其它焊接方法更为稳定的电弧形态持比其它焊
47、接方法更为稳定的电弧形态。（4 4）焊丝直径与填丝速度焊丝直径与填丝速度 焊丝直径与焊接板焊丝直径与焊接板厚及接头间隙有关。当板厚及接头间隙大时，焊丝厚及接头间隙有关。当板厚及接头间隙大时，焊丝直径应选大一些焊丝的送丝速度则与焊丝的直径、直径应选大一些焊丝的送丝速度则与焊丝的直径、焊接电流、焊接速度和接头间隙等因素有关。一般焊接电流、焊接速度和接头间隙等因素有关。一般焊丝直径大时送丝速度慢，焊接电流、焊接速度和焊丝直径大时送丝速度慢，焊接电流、焊接速度和接头间隙大时，送丝速度快。接头间隙大时，送丝速度快。（5 5）保护气体流量保护气体流量 TIG焊决定保护效果的主要焊决定保护效果的主要因素有保
48、护气流量、喷嘴尺寸、喷嘴与母材的距离、因素有保护气流量、喷嘴尺寸、喷嘴与母材的距离、外来风等。保护气流量的选择通常首先要考虑所需外来风等。保护气流量的选择通常首先要考虑所需保护的范围、焊枪喷嘴尺寸以及所使用焊接电流的保护的范围、焊枪喷嘴尺寸以及所使用焊接电流的大小大小。（6 6）钨极直径与形状）钨极直径与形状 钨极直径要根据焊接电钨极直径要根据焊接电流值和极性来选取。在同一直径下，直流正接时允流值和极性来选取。在同一直径下，直流正接时允许的电流数值较大，而直流反接及交流焊接时允许许的电流数值较大，而直流反接及交流焊接时允许的电流小。的电流小。钨极的端部形状对电弧的稳定性及自身的钨极的端部形状对
49、电弧的稳定性及自身的损耗有影响。在直流正接和小电流薄板焊接时，可损耗有影响。在直流正接和小电流薄板焊接时，可使用小直径钨极并将末端磨成尖锥角；直流反接和使用小直径钨极并将末端磨成尖锥角；直流反接和交流焊接时，把电极前端形状磨成圆形最合适。交流焊接时，把电极前端形状磨成圆形最合适。图图6-22 6-22 焊接中采用的钨极形状焊接中采用的钨极形状a)直流正接直流正接(ThW极极)b)直流反接直流反接(W极极)图图6-23 6-23 电极前端形状对电弧形态的影响电极前端形状对电弧形态的影响a）前端呈尖锥角）前端呈尖锥角 b）前端呈平顶锥形）前端呈平顶锥形 （7 7）钨极伸出长度）钨极伸出长度 对焊接
50、保护效果及焊接操作性均有影响。对焊接保护效果及焊接操作性均有影响。该长度应根据接头的形状确定，内角焊缝要求电该长度应根据接头的形状确定，内角焊缝要求电极伸出长度最长，卷边焊缝只需很短的电极伸出极伸出长度最长，卷边焊缝只需很短的电极伸出长度，甚至可以不伸出。长度，甚至可以不伸出。确定各焊接参数的顺序是：确定各焊接参数的顺序是：根据被焊材料的性质，先选定焊接电流根据被焊材料的性质，先选定焊接电流的种类、极性和大小，然后选定钨极的种类和直的种类、极性和大小，然后选定钨极的种类和直径，再选定焊枪喷嘴直径和保护气体流量，最后径，再选定焊枪喷嘴直径和保护气体流量，最后确定焊接速度。在施焊的过程中根据情况适
