氩弧焊工艺参数及对焊缝成形的影响

氩弧焊工艺参数及对焊缝成形的影响

一、 实验目的
1. 详细了解TIG焊设备的组成及其操作过程；
2. 了解铝合金焊接时电弧的阴极雾化作用；
3. 了解工艺参数对焊缝成形的影响；
4. 初步掌握钨极氩弧焊施焊的基本技能。
二、实验设备及材料
(一) 钨极氩弧焊机(WSE-200逆变交直流氩弧焊机)
(二) 氩气
(三) 减压表
(四) 电焊面罩
(五) 砂纸
(六) 铝板
(七) 不锈钢板
三、实验原理
TIG焊是在惰性气体的保护下，利用钨极和工件之间产生的焊接电弧熔化母材及焊丝的一种焊接方法。焊接时，惰性气体从焊枪的喷嘴中喷出，把电弧周围一定范围的空气排出焊接区，从而为形成优质焊接接头提供了保障，见图1。焊接时，保护气体可采用氩气、氦气或氩+氦混合气体，特殊场合也采用氩气+氢气或氦气+氢气混合气体。焊丝根据焊件设计要求，可以填加或不填加。如果填加焊丝，一般从电弧的前端加入或者直接预置在接头的间隙中。

图1 钨极惰性气体保护焊示意图
1一喷嘴; 2一钨极; 3一电弧; 4一焊缝;
5一焊件; 6一熔池; 7一填充焊丝; 8一氨气
TIG焊电弧燃烧过程中，由于电极不熔化，易维持恒定的电弧长度,焊接过程稳定；氩气、氦气的热导率小，又不与液态金属反应或溶解在液态金属中，故不会造成焊缝中合金元素的烧损；同时，填充焊丝不通过电弧区，不会引起很大的飞溅。所以，整个焊接过程十分稳定，易获得良好的焊接接头质量。
TIG焊有直流、交流、脉冲等不同焊接方法，直流钨极氩弧焊没有极性变化，但电极接正还是接负，对电弧的性质及对母材的熔化有很多的影响。
1） 直流反极性焊接 钨电极接在直流电源的正端时称作直流反极性(DCRP)焊接。反极性焊接时，钨极是电弧的阳极，受到大量的电子撞击，电极产热量大而被过热熔化，即使是粗径电极电流也只能在100A以下。此时，由于钨极不具有发射电子的作用，所以可以使用纯钨极。但是反极性接法时，电弧具有对母材表面的氧化膜进行清理的现象(清理作用)。电极接正时，母材是阴极，从其表面发射出电子。电子容易从有氧化物的地方发射出来并形成阴极斑点，阴极斑点受到质量较大的正离子的撞击，使该区域氧化膜被破坏掉。电弧连续破坏母材表面上电弧覆盖区域的氧化膜，实现对氧化膜的清理。
反极性焊接时，电弧在工件上的产热量少，焊缝熔深浅而熔宽大，生产率低。由于上述三方面原因，钨极氩弧焊直流反极性焊接只有对薄件铝、镁及其合金才可以采用。
2) 钨极氩弧焊直流正极性焊接是所有电弧焊方法中电弧过程最为稳定的。
直流正极性焊接对被焊接表面没有去除氧化膜的“阴极雾化”作用，但由于焊接熔深大而熔宽窄，生产率高，工件的收缩和变形也小。并且钨极作为负极时的自身产热量小，不易过热，形状保持良好，使用寿命长；此外，小电流下电弧也很稳定，能够形成稳定均匀的焊缝。所以除焊接铝、镁及其合金外，在焊接其它金属材料时一般均使用直流正极性。
交流焊接表现出的突出问题是电流过零，不采取稳弧措施的话电弧会熄灭，或者是电流不连续，影响焊接过程的稳定和焊缝形态的稳定。
手工钨极氩弧焊主要工艺参数有焊接电流种类、极性、电流大小、钨棒直径与端部形状、保护气体流量等。
1) 焊接电流和钨棒直径 焊接电流的大小是决定焊缝熔深的主要参数，它根据工件材质、厚度、接头形式、焊接位置等因素选择，钨棒直径则根据电流大小、电流种类选择。钨棒端部形状是一个重要的工艺参数，尖端角度对电弧引燃和稳定以及对焊缝熔深和熔宽都有一定的影响。
2）保护气体流量和喷嘴孔径 气体流量和喷嘴孔径应互相配合，使保护气体形成足够挺度的层流。通常手工钨极氩弧焊喷嘴孔径为5～20mm，对应保护气体流量为5～25L／min。焊接电流增大，所对应的喷嘴孔径和气体流量取值也随之增大。
3）喷嘴与工件的距离、弧长和电弧电压 喷嘴端部与工件的距离在5～14mm之间，通常钨棒外伸长度为5～10mm；实用电弧长度范围为0.5～3mm，对应电弧电压8～20V。自动焊、不加填充丝、小电流或工件变形小时，喷嘴端部与工件的距离、电弧长度可取下限；反之则取上限。
4） 焊接速度 焊速是用来调节热输入和焊缝形状的重要参数之一，其选择应根据工件厚度并考虑与焊接电流等配合以获得所需的熔深和熔宽；在高速度自动焊时，还要考虑焊速对保护效果的影响。此外，焊接热敏材料时应尽量采用快速多道焊；立、横、仰焊位置时则宜采用较低焊速。
四、实验方法及步骤
1. 了解焊机及焊枪结构，熟悉工艺参数调节方法。
2. 在铝板上堆焊，观察不同电流类型时焊接特点。
3. 在不锈钢板上堆焊，调节工艺参数，观察工艺参数对焊缝成形的影响。
五、思考题

1.TIG焊对电极有哪些要求？
2.TIG焊可采用的电流种类及其特点是什么？