氬弧焊工藝參數(shù)及對焊縫成形的影響

氬弧焊工藝參數(shù)及對焊縫成形的影響

一、 實驗?zāi)康?br>1. 詳細(xì)了解TIG焊設(shè)備的組成及其操作過程；
2. 了解鋁合金焊接時電弧的陰極霧化作用；
3. 了解工藝參數(shù)對焊縫成形的影響；
4. 初步掌握鎢極氬弧焊施焊的基本技能。
二、實驗設(shè)備及材料
(一) 鎢極氬弧焊機(jī)(WSE-200逆變交直流氬弧焊機(jī))
(二) 氬氣
(三) 減壓表
(四) 電焊面罩
(五) 砂紙
(六) 鋁板
(七) 不銹鋼板
三、實驗原理
TIG焊是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢極和工件之間產(chǎn)生的焊接電弧熔化母材及焊絲的一種焊接方法。焊接時，惰性氣體從焊槍的噴嘴中噴出，把電弧周圍一定范圍的空氣排出焊接區(qū)，從而為形成優(yōu)質(zhì)焊接接頭提供了保障，見圖1。焊接時，保護(hù)氣體可采用氬氣、氦氣或氬+氦混合氣體，特殊場合也采用氬氣+氫氣或氦氣+氫氣混合氣體。焊絲根據(jù)焊件設(shè)計要求，可以填加或不填加。如果填加焊絲，一般從電弧的前端加入或者直接預(yù)置在接頭的間隙中。

圖1 鎢極惰性氣體保護(hù)焊示意圖
1一噴嘴; 2一鎢極; 3一電弧; 4一焊縫;
5一焊件; 6一熔池; 7一填充焊絲; 8一氨氣
TIG焊電弧燃燒過程中，由于電極不熔化，易維持恒定的電弧長度,焊接過程穩(wěn)定；氬氣、氦氣的熱導(dǎo)率小，又不與液態(tài)金屬反應(yīng)或溶解在液態(tài)金屬中，故不會造成焊縫中合金元素的燒損；同時，填充焊絲不通過電弧區(qū)，不會引起很大的飛濺。所以，整個焊接過程十分穩(wěn)定，易獲得良好的焊接接頭質(zhì)量。
TIG焊有直流、交流、脈沖等不同焊接方法，直流鎢極氬弧焊沒有極性變化，但電極接正還是接負(fù)，對電弧的性質(zhì)及對母材的熔化有很多的影響。
1） 直流反極性焊接 鎢電極接在直流電源的正端時稱作直流反極性(DCRP)焊接。反極性焊接時，鎢極是電弧的陽極，受到大量的電子撞擊，電極產(chǎn)熱量大而被過熱熔化，即使是粗徑電極電流也只能在100A以下。此時，由于鎢極不具有發(fā)射電子的作用，所以可以使用純鎢極。但是反極性接法時，電弧具有對母材表面的氧化膜進(jìn)行清理的現(xiàn)象(清理作用)。電極接正時，母材是陰極，從其表面發(fā)射出電子。電子容易從有氧化物的地方發(fā)射出來并形成陰極斑點，陰極斑點受到質(zhì)量較大的正離子的撞擊，使該區(qū)域氧化膜被破壞掉。電弧連續(xù)破壞母材表面上電弧覆蓋區(qū)域的氧化膜，實現(xiàn)對氧化膜的清理。
反極性焊接時，電弧在工件上的產(chǎn)熱量少，焊縫熔深淺而熔寬大，生產(chǎn)率低。由于上述三方面原因，鎢極氬弧焊直流反極性焊接只有對薄件鋁、鎂及其合金才可以采用。
2) 鎢極氬弧焊直流正極性焊接是所有電弧焊方法中電弧過程最為穩(wěn)定的。
直流正極性焊接對被焊接表面沒有去除氧化膜的“陰極霧化”作用，但由于焊接熔深大而熔寬窄，生產(chǎn)率高，工件的收縮和變形也小。并且鎢極作為負(fù)極時的自身產(chǎn)熱量小，不易過熱，形狀保持良好，使用壽命長；此外，小電流下電弧也很穩(wěn)定，能夠形成穩(wěn)定均勻的焊縫。所以除焊接鋁、鎂及其合金外，在焊接其它金屬材料時一般均使用直流正極性。
交流焊接表現(xiàn)出的突出問題是電流過零，不采取穩(wěn)弧措施的話電弧會熄滅，或者是電流不連續(xù)，影響焊接過程的穩(wěn)定和焊縫形態(tài)的穩(wěn)定。
手工鎢極氬弧焊主要工藝參數(shù)有焊接電流種類、極性、電流大小、鎢棒直徑與端部形狀、保護(hù)氣體流量等。
1) 焊接電流和鎢棒直徑 焊接電流的大小是決定焊縫熔深的主要參數(shù)，它根據(jù)工件材質(zhì)、厚度、接頭形式、焊接位置等因素選擇，鎢棒直徑則根據(jù)電流大小、電流種類選擇。鎢棒端部形狀是一個重要的工藝參數(shù)，尖端角度對電弧引燃和穩(wěn)定以及對焊縫熔深和熔寬都有一定的影響。
2）保護(hù)氣體流量和噴嘴孔徑 氣體流量和噴嘴孔徑應(yīng)互相配合，使保護(hù)氣體形成足夠挺度的層流。通常手工鎢極氬弧焊噴嘴孔徑為5～20mm，對應(yīng)保護(hù)氣體流量為5～25L／min。焊接電流增大，所對應(yīng)的噴嘴孔徑和氣體流量取值也隨之增大。
3）噴嘴與工件的距離、弧長和電弧電壓 噴嘴端部與工件的距離在5～14mm之間，通常鎢棒外伸長度為5～10mm；實用電弧長度范圍為0.5～3mm，對應(yīng)電弧電壓8～20V。自動焊、不加填充絲、小電流或工件變形小時，噴嘴端部與工件的距離、電弧長度可取下限；反之則取上限。
4） 焊接速度 焊速是用來調(diào)節(jié)熱輸入和焊縫形狀的重要參數(shù)之一，其選擇應(yīng)根據(jù)工件厚度并考慮與焊接電流等配合以獲得所需的熔深和熔寬；在高速度自動焊時，還要考慮焊速對保護(hù)效果的影響。此外，焊接熱敏材料時應(yīng)盡量采用快速多道焊；立、橫、仰焊位置時則宜采用較低焊速。
四、實驗方法及步驟
1. 了解焊機(jī)及焊槍結(jié)構(gòu)，熟悉工藝參數(shù)調(diào)節(jié)方法。
2. 在鋁板上堆焊，觀察不同電流類型時焊接特點。
3. 在不銹鋼板上堆焊，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，觀察工藝參數(shù)對焊縫成形的影響。
五、思考題

1.TIG焊對電極有哪些要求？
2.TIG焊可采用的電流種類及其特點是什么？