铝及铝合金TIG焊接设备和工艺..docVIP

第十章 铝及铝合金TIG 焊接设备和工艺 第一节 TIG焊工艺的定义 TIG焊接是一种电极不熔化的气体保护焊接，电极常用纯钨或含有钨的氧化物金属做电极材料，熔点很高。该种焊接方法于1936年起源于美国，它可以焊接任何金属，焊接过程非常清洁，几乎没有飞溅，但缺点是焊接效率较慢，在铁道车辆行业，一般做小件焊接或修补使用。TIG焊的工艺过程如图10-1如图所示。 图10-1 TIG焊工艺过程示意 第二节 TIG焊电源种类 一、交流电源 交流手工钨极氩弧焊机具有较好的热效率，能提高钨极的载流能力，适用于焊接厚度较大的铝及铝合金，可以用高压脉冲发生器进行引弧和稳弧，利用电容器组清除直流分量。 在生产实践中，铝及铝合金TIG焊一般都采用交流电源，用纯氩气或含氦气10%或更多的氩氦混合气体作保护气体时，使用交流电源，表面氧化物可由电弧的作用去除。因此不使用熔剂可以达到很好的熔融。但是使用含氦量为90%或更高的氩氦混合气体时，电弧对氧化物的去除作用减少，这主要是由于氦气比氩气轻得多的缘故。为了很好的熔化，通常要求焊前彻底清除氧化物。氦和富氦混合气体，很少使用交流焊接，而一般采用直流正接电源。 氧化物的去除是阴极破碎的作用结果，在交流负半极的时候，由于高温电弧的作用，保护气体被电离成大量的正离子，质量较大的正离子受到阴极区电场的加速作用，高速冲击到熔池及其周围表面。所释放出的能量把熔池及其周围金属表面上难熔的氧化铝薄膜击碎、分解。为了保证在这半周内足够的阴极破碎作用，电源必须有足够高的开路电压，或在电流过零时，在电弧间隙外加高频高压使钨电极为正极。在交流正半波时，虽无阴极破碎作用，但这时只有1/3的电弧热量集中在钨极上，钨极端部得以冷却，而约有2/3的电弧热量施加到焊件上，有利于增加焊件的熔深。 二、直流电源 1. 直流正接型 直流正接型电源只适用于钨极氦（富氦）弧焊的情形。直流正接虽无阴极破碎作用，但当电弧相当短时，电子撞击也能起到一点清除氧化膜的作用，如果焊前氧化膜清除彻底，焊接过程中生成的氧化膜数量又有限，那么，直流正接氦弧焊可以顺利实现焊接铝及铝合金。相对于钨极交流氩弧焊来说，直流正接型电弧热量更为集中、熔深大、焊缝窄、变形小、热影响区小、焊缝机械性能高。正接时钨极受热温度低，向焊缝渗钨的危险大大减小。 由于氦气或富氦气更适合于厚板焊接，目前直流正接型电源应用较少。 2. 直流反接型 当铝及铝合金板厚小于3mm时，钨极氩弧焊也可采用直流反接型电源。它主要利用了去除氧化膜的阴极破碎作用。实践证明，采用反接型电源，被焊金属表面的氧化膜在电弧的作用下可以被清除而获得表面光亮美观、成型良好的焊缝。但是直流反接型的缺点是钨极容易过热熔化，导致焊缝夹钨。焊接的铝板越厚，则通过的电流越大，钨极获得的热量也越多，过热熔化的趋势也越大。焊件上获得的热量却不多，焊缝宽而浅，因此可焊接的板厚受到限制，一般只能焊接3mm以下的铝板。 三、脉冲电源 主要是铝及铝合金交流脉冲氩弧焊。利用脉冲TIG焊能焊出优质的焊接接头，采用脉冲电流，可以减小焊接电流的平均值，获得较低的电弧线能量，能够焊接薄板或超薄板，能够准确地控制焊缝成形及精确地输入热量，易获得均匀的熔深和焊缝根部均匀熔透，能很好地实现全位置焊接和单面焊双面成形，适宜于难焊金属材料的焊接。实践证明，铝及铝合金脉冲TIG焊是一种高效、优质、经济、节能的先进焊接工艺，目前已被广泛采用。 第三节 TIG焊接设备构成 各种类型的TIG焊接设备主要由电源、控制器、焊枪构成。每部分作用如下： 一、焊接电源 TIG焊接电源的作用是将电网高电压、低电流输入变换为低电压、高电流输出，输出部分经过电路修整后就可以用于焊接。TIG焊接铝合金交流与直流都能用到，但大部分用交流焊接电源焊接铝合金。 焊接变压器是最简单、也最常用的焊接电源。它包括初级绕组、次级绕组，初级绕组线圈多、线径细，次级绕组线圈少，线径粗，适合焊接大电流。主次级电流比与初次级绕组的线圈匝数比成反比例，次级电流增大，次级电压将下降。焊接变压器一般有一个下降的静态特性，不同的电流大小可以通过磁心部分参数的调节和初级抽头决定。变压器后面一般带有整流部分，整流常用二极管整流和可控硅整流两种方式，单相全波整流产生的焊接电流有许多波纹，三相全波整流的波形更平整。目前先进的TIG焊机已经使用逆变电源，逆变电源的原理不同于普通电源，它将来自电网的电流整流成直流，然后用通过逆变器的开关功能，转换为高频的方波交流。经过逆变器后的电流，再经过变压器降压和再一次整流，就变成了适合焊接的大电流、低电压的供电。高频的优点是能将变压器做的非常小，现代化的TIG300焊机重量只有25KG，对于逆变焊接来说，许多操作都是通过控制部分的触发信号来实现，而在传统的