第八章TIG焊.docVIP

第八章　　钨极氩弧焊 本章首先讨论以钨棒作为电极时不同电流种类与极性的钨极氩弧焊原理、应用特点及其弧、稳弧方法；然后，通过一种交流氩弧焊机的结构原理剖析，阐明钨极氩弧焊机的构造特征；最后讨论各种钨极氩弧焊的工艺参数特征及应用发展前景。 第一节　　钨极氩弧焊方法的特点 方法原理及应用 钨极氩弧焊是以钨棒作为电弧一极的气体保护电弧焊方法，钨棒在电弧中是不熔化的，故又称不熔化极氩弧焊或惰性 气体保护焊，简称（TIG）或GTA焊。除用氩作保护气体外，也可采用氦或氦氩混合气体保护，因氦气价格昂贵国内尚少见。 由于钨棒不熔化，钨极氩弧焊的弧长及电弧稳定性特别好，其焊接电流下限不受焊丝熔化过渡等因素制约，采用脉冲调制时最低焊接电流可用到2A左右，是焊接 各种有色金属及合金、不锈钢、高温合金等的理想方法，特别适合不开坡口、不加填充金属的薄板及全位置焊。但因钨棒的电流承载能力有限，其一次焊透能力及焊速都较低；板厚6mm以上一般要开坡口，采用多道焊和附加填充焊丝，使生产效率受到影响。热丝钨极氩弧焊的出现，在一定程度上克服了这一弱点。 钨极氩弧焊操作方法主要有手工焊和自动焊，其中手工钨极氩弧焊的应用最为广泛。 二、电极和焊枪 （一）钨棒材质及其电极特性 钨的熔点（3690K）、沸点（5900K）高、导热系数和高温挥发性小、强度高，是不熔化极电弧焊的理想电极材料。早期采用的是99.9%以上纯钨棒，目前广泛采用的是含有1%～2%的氧化钍的钍钨棒和含有1%～2%氧化铈的铈钨棒。其中铈钨棒是我国研究者王菊珍等最早发明的，已取得国际标准化组织焊接材料分委员会承认，并在国际上推广应用。此外，日本的研究者还提出了含有1%～2%氧化镧、氧化钇的镧钨棒、钇 钨棒。实际使用和系统的对比研究已经证明，含有稀土类金属氧化物的铈钨棒、镧钨棒、钇钨棒是比钍钨棒更为理想的钨极氩弧焊电极材料。其优越性主要表现在： （1）耐用　　即钨极端部在电弧焊过程中不易损耗。图8-1为一组对比试验结果，可见铈、镧、钇钨棒的端部形 状稳定性远高于纯钨 、钍钨棒。这是因为W-La2O3、W-CeO2、W-Y2O3电极的电子逸出功明显低于W-ThO2及纯W电极，在相同使用条件下它们的电极温度都低于W-ThO2及纯W电极（图8-2a） 钨棒在焊接过程中因受热蒸发、缓慢氧化等原因造成正常损耗总是难免的。此外，大电流短路引弧或焊接过程中不正常短路、填充焊丝触及钨棒及使用电流过大都会导致钨棒的异常损耗，这是应该尽量避免的。 （2）许用电流大　　由于上述原因，铈钨极的许用电流可比同直径、同电流种类的钍钨极高5-8%。 （3）引弧及稳弧性能好　　这也是电子逸出功低造成的，因此，使用铈钨极不仅引弧可靠，交流电弧焊接时稳弧性好，且电源空载电压可降低到50V以下，而采用纯钨极时空载电压必须在95V以上。由于阴极压降减小，电弧电压下降10% 左右，而电弧压力及挺度则明显提高，如图8-2b所示。 （4）铈钨棒的放射性剂量远低于钍钨棒 表8-1列出了国产钨棒的化学成分。 （二）钨极直径和端部形状 钨极直径和端部形状确定了钨极氩弧的电流使用范围及电弧形态，因而对焊缝成形及过程稳定性有很大影响，必须给于充分重视。表8-2列出了常用钨极直径及使用电流范围。表8-3给出了钨极氩弧焊推荐的钨和钍钨极端部顶锥角、平顶直径及许用电流。实际应用中可根据接头板厚等条件选用。铈钨棒使用电流可比表列数值提高5%～8%。 薄板小电流焊接时，应尽可能选用小直径、小锥角和小的平顶直径，以利于电弧引燃和稳定工作。 电流增大时，锥角应随钨极直径增大而增加，平顶直径也要有所增加 ，以控制端部电流密度避免异常烧损，同时也防止因斑点上爬而造成的弧柱扩散（图8-3a、b）。这种因平顶直径太小及斑点上爬所造成的弧柱扩散，会导致电弧中电流密度和熔池中温度分布的所示不均匀，从而加剧熔池中电磁力造成的对流。使焊缝熔深减小和熔宽扩大，图8-3c、d所示为实验结果。 钨极在正常使用电流范围内长期工作时，端部斑点以上部位会长出 伞状边羽，经X 射线衍射分析证明，这种伞状边 羽是重新堆积的纯钨树枝晶。图8-4 为其形成机理，钨极端部高温区域内表面钨总会生成一部分氧化钨（WO、WO2、WO3、W2O6），并在高温下蒸发，蒸发速率取决于温度，蒸发的氧化钨在斑点附近1700±5K条件下又会发生分解。这样在斑点以上氧化物一旦形成即分解的B区 ，这些分解所生成钨就会在B区上方重新结晶而生成伞状边羽。显然这种伞状边羽将对电弧形态产生不良影响，到一定程度必须重新刃磨钨极端部。为了减缓伞状边羽生长速率，应注意焊件表面清理、氢气纯度、使用电流密度及选用恰当的冷却措施。 （三）焊枪 钨极氩弧焊焊枪结构类似于熔化极气保护焊焊枪。其设计要点为： 1）能可靠地夹持钨棒并便于调节其位置高低