气体保护焊技术

江河水编译


 



第三章钨极氩弧焊(1)

第一节 概况

发展历史
钨极氩弧焊原称钨极惰性气体保护焊。因为主要用氩气为保护气体,故一般称氩弧焊或钨极氩弧焊。
钨极氩弧焊同样发源于美国。1936年由美国一家公司开发,战后才传到德国。讲英语的国家将这种方法称为TIG焊,而在德国称为WIG焊。
开始时只在某些特殊的场合和质量要求特别高的材料才应用这种焊接方法。最近30多年钨极氩弧焊已越来越多地用于钢材和所有非铁金属,首先是轻金属的焊接。这可能是由于氩气价格大幅度降低的缘故。

钨极氩弧焊的原理
德国标准DIN 1910 第4部分给钨极氩弧焊下的定义为:
这种焊接方的电弧在钨极和工件间燃烧。保护气体为氩气、氦气或这两种气体的混合物,即用惰性气体为保护气体。图3-1表示了钨极氩弧焊的原理。电源的一个极接在钨极上,另一个极和工件相连。电弧在钨极和工件间燃烧,而电极仅仅作为电流导体和电弧载体(永久电极)。填充材料为焊棒,手动送进或焊丝通过单独的送丝机构送进,原则上填充材料不通过电流,由钨极前面或侧面送入电弧内。钨极、熔池以及填充材料熔化的一端都处在惰性气体保护下,防止大气侵入。保护气体由喷咀围绕电极喷出。

图3-1钨极氩弧焊原理示意图

图3-2 用钨极氩弧焊堆焊阀门密封面时焊丝的手动送进方法

现几乎全部用高纯度氩气(不得低于99.95%)来作保护气体。一般常用的氩气瓶压力为200巴,容积为10标准立方米。焊接轻金属时,由于熔池宽和深,近年来倾向于用氩气和氦气的混合气体作保护气体。
采用保护气体后,可防止电极和工件周围空气中的氧在如此高的焊接温度下氧化。涂药焊条和保护气体具有同样的保护作用,使焊接部位与空气隔离。
电弧的温度远远高于金属的熔点。电弧熔化工件的坡口,熔化金属流在一起,无附加力作用凝固后形成焊缝。故钨极氩弧焊是熔焊方法的一种。
采用焊接填充材料来填满焊缝或堆焊工件表面。焊工工作时一只手拿焊炬,另一只手拿焊丝,类似于气焊(图3-2)。
当然,也有通过机械送进焊丝的,但此时原则上也应采用机械握持焊炬。

应用范围
钨极氩弧焊是一种用途广泛的高效焊接方法。操作灵活,电弧能量密度高和焊机结构简单。电弧功率(电弧电压x焊接电流强度)的调节范围较大,并且和要求的焊接填充材料无关。具有通用性。几乎所有的金属都可以采用钨极氩弧焊。对钢件可以从焊0.1毫米到焊几十毫米。
钨极氩弧焊采用钨极作热源,有下列工艺特性:引弧较困难,但用直流电焊接时稳弧性能好;使用电流种类和电源极性会影响到钨极的许用电流和焊缝成形的质量;使用交流电源焊接时必须具有稳弧装置。由于上述工艺特性,应按母材的性质和焊件结构来选择合理的钨极氩弧焊的电流种类、电源极性、工艺条件和焊接参数。
钨极氩弧焊的主要优点为:

  1. 保护气体对焊缝金属没有影响
  2. 无飞溅和焊渣
  3. 和熔化极气体保护焊相比,其电极采用无滑动的固定的接触
  4. 引弧控制容易
  5. 在所有焊接位置无前优良的熔滴过渡性能
  6. 容易选择焊接参数
  7. 较容易解决焊接时电弧功率变化问题

鉴于上述优点,钨极氩弧焊的应用侧重于:
材料
应遵照下列两条原则来判定某种材料是否适用钨极氩弧焊焊接:
一个原则是凡是可以熔焊的地方均可以采用钨极氩弧焊。另一个原则是如果某种材料可以用其它电弧焊方法焊好的时候,例如用手工电弧焊、熔化极惰性气体保护焊、熔化极活性气体保护焊和埋弧焊,出于经济性的考虑,建议不要采用钨极氩弧焊。
钨极氩弧焊除了可焊接非合金钢、合金钢和高合金钢外,还可用来焊接铝和铝合金、铜和铜合金、镍和镍合金、钛和钛合金。甚至还可以用它来焊接锆和铀。
工件壁厚
焊接钢时壁厚的下限为0.3毫米,对铝和铜的焊接壁厚下限约为0.5毫米。如前所述,钨极氩弧焊应用壁厚的上限一般不超过5毫米,欲焊接更厚的工件,由于经济上的原因,原则上应采用其它的焊接方法。
焊缝种类
可髟于各种位置的对接、V形、捲边以及角焊缝,一般多用在较短的焊缝长度,以及厚壁接头的根部焊道,也用于各种堆焊和装配焊。
尤其值得强调的是这种焊接方法熔敷功率较小,价格较贵,出于经济上的考虑,在实际生产中焊接,焊接厚壁工件均只采用钨极氩弧焊打底,其余的填充焊道和盖面焊道则采用其它的焊接方法。
应用部门
几乎可以用于所有有较高质量要求的金属加工部门。
手工钨极氩弧焊焊炬小巧灵活,用途非常广泛。但对焊工的技术水平也要求较高。自动焊用途也极广泛。如用于制造纵缝焊接或螺旋焊缝的不锈钢和铝合金管。总之,钨极氩弧焊主要用于锅炉、容器、仪表和管道制造,以及航空和航天工业。