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氬弧焊作業基礎知識

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鎢極氬弧焊
備注：1
目錄
主要內容
一、鎢極氬弧焊概述
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
三、操作技術
四、鋁和鋁合金的焊接
五、脈沖TIG焊
備注：2
氬弧焊
熔化極氬弧焊
不熔化極氬弧焊
熔
化
極
脈
沖
氬
弧
焊
半
自
動
熔
化
極
氬
弧
焊
自
動
化
熔
化
極
氬
弧
焊
氬
弧
點
焊
鎢
極
脈
沖
氬
弧
焊
真
空
氬
弧
焊
自
動
鎢
極
氬
弧
焊
熱
絲
鎢
極
氬
弧
焊
手
工
鎢
極
氬
弧
焊
氬弧焊分類
備注：3
備注：4
一、鎢極氬弧焊概述
       
       鎢極氬弧焊是用鎢棒作為電極加上氬氣進行保護的焊接方法。焊接時氬氣從焊槍的噴嘴中連續噴出，在電弧周圍形成保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響，從而獲得優質的焊縫。焊接過程中根據工件的具體要求可以加或者不加填充焊絲。 
備注：5
一、鎢極氬弧焊概述
       鎢極氬弧焊的特點
      1、電極不易熔化－電極用的是鎢或鎢的合金棒；
      2、焊接過程電弧的燃燒穩定――電極不熔化，易維持恒定的弧長；
      3、不存在熔滴過渡――電極不熔化；
      4、工藝簡單――焊薄件時，不需要開坡口和填充焊絲；
      5、焊接變形和應力小－－電極的j不能太大，電弧的能量密度小， 保護氣
           流的冷卻作用；
      6、焊縫質量髙――保護效果好；
      7、易實現自動化－明弧作業便于操作（分手工焊、自動焊）。
        缺點：
      1、焊接效率低、成本高；
      2、對焊前清理要求嚴格；
      3、需要特殊的引弧措施；
      4、紫外線強烈、臭氧濃度高；
      5、抗風能力差。
   
備注：6
一、鎢極氬弧焊概述
      鎢極氬弧焊的應用
材料：適用于各種材料的焊接，特別是易氧化有色金屬及合金、不銹鋼、Ti及Ti合金等的焊接。
厚度：多用于薄件（從生產效率考慮，以3mm以下為宜）。
位置：多用于打底（單面焊雙面成形），薄件及管-管、管-板也用于填充和蓋面。
備注：7
一、鎢極氬弧焊概述
一）氬弧焊設備
      手工鎢極氬弧焊設備有焊接電源、控制系統、焊槍、供氣和供水系統以及指示儀表組成。
      自動鎢極氬弧焊機還包括行走機構和送絲機構。
備注：8
一、鎢極氬弧焊概述
半自動焊接送絲機構
備注：9
一、鎢極氬弧焊概述
1.焊槍
        作用：1、裝夾鎢棒；2、傳導焊接電流；3、輸出保護氣體；4、啟動或停止整機的工作系統。
        氣體保護焊時，要使其保護效果良好主要是控制氣流的流態，氣體的流態有兩種：層流和紊流，而層流的保護效果最好。
        氬弧焊焊槍要保證氣體呈層流狀均勻噴出，氣流挺度良好，抗干擾能力強。
       另外，焊槍必須堅實重量輕且完全絕緣 。
備注：10
一、鎢極氬弧焊概述
焊槍分類：
氣冷式和水冷式 
水冷式焊槍
水冷式焊槍是氣冷和水冷雙重冷卻方式，大電流焊接用I＞ 100A ）。
氣冷式焊槍只有氣冷方式，用于細鎢極、小電流焊接用I≤ 100A。
備注：11
一、鎢極氬弧焊概述
2.噴嘴：
2）噴嘴形式：噴嘴截面為收斂形、等截面形（圓柱形）、擴散形。 
①等截面形（圓柱形）噴嘴的保護區域最大，保護效果最好，應用最廣；收斂形噴嘴次之（但收斂形噴嘴的電弧可見度好，便于操作，常用）；擴散形常用與熔化極氣體保護焊。
1）噴嘴材料：陶瓷、純銅、石英。
①高溫陶瓷噴嘴：絕緣耐熱，應用廣泛，通常焊接電流≤350A。
②純銅噴嘴：使用電流可達500A，需用絕緣套將噴嘴與導電部分隔離，成本高。
③石英噴嘴：價格昂貴，但焊接可見度好。

②噴嘴的長度↑－保護效果↑，但使用不方便；
 ③噴嘴的內壁應光滑，噴嘴出口邊緣要成直角；
 ④鎢電極與噴嘴的同心度要好。
各種形狀的噴嘴
備注：12
一、鎢極氬弧焊概述
1、無色無味的氣體VAr＞V空氣-----不易漂浮散失，有利于保護；
2、Ar是分餾液態空氣制取氧時的副產品；
3、Ar是惰性氣體----不與金屬發生作用，也不溶于液態金屬；
4、Ar無脫氧及脫氫作用-----氬弧焊前的除油、去銹、去水等要求嚴格；
5、Ar為單原子氣體，導熱系數很小，高溫時不存在分解、吸熱-----電弧的熱損失較小，一旦引燃，燃燒穩定。
※ 氣體保護焊中，氬弧的穩定性最好，即使在低電壓時，也非常穩定。

焊接用氬氣應符合國標GB/T4842-1995《純氬》的規定，氬純度應≥99.99%。
      瓶裝氬氣最高充氣壓力20℃時為15±0.5MPa，返還生產廠充氣時瓶內余壓不得低于0.2MPa。
二）氬氣
備注：13
一、鎢極氬弧焊概述
三）鎢極
鎢的熔點3400℃，具有良好的電子發射性能。
種類	牌號	電流	顏色標識	適用范圍	備注
純鎢極	WP	交流
小電流	綠色	應用于鋁、鋁合金、鎂、鎂合金，對焊接條件要求不高	使用較少
釷電極	WT20	直流
大電流	紅絲	碳鋼、不銹鋼、硅銅、銅、黃銅、鈦等材料焊接	應用最廣泛，有輕微放射性
鈰鎢極	WC20	直流
小電流	灰色	碳鋼、不銹鋼、硅銅、銅、黃銅、鈦等材料焊接	應用范圍僅次于杜鎢極；公司使用
鋯鎢極	WZ8	交流
大電流	白色	鋁及鋁合金焊接	應用較多
鑭鎢極	WL20	直流/交流
大、小電流均適用	金黃/天藍	鋁、鋁合金、碳鋼、不銹鋼、硅銅、銅、黃銅、鈦等材料焊接	性能更優，最有前景
表1    鎢極材料種類及特點
備注：14
一、鎢極氬弧焊概述
純鎢極
杜鎢極
鈰鎢極
鋯鎢極
鑭鎢極
鑭鎢極
備注：15
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
       手工鎢極氬弧焊的主要工藝參數有：鎢極直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源種類和極性、鎢極伸出長度、噴嘴直徑、噴嘴與工件距離及氬氣流量。
備注：16
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
1、電源種類與極性
TIG焊的電流種類和極性有
    直流：正接  反接
    交流：正弦交流  變極性方波交流
它們各有不同的特點和適用場合，應正確選擇。
不同接法產生熱量比較
備注：17
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
極　性	優點	缺點	應用
正接
(DCEN)	電極載流能力強、熔深大、鎢極燒損少、引弧容易	沒有陰極清理作用	用于大多數的焊接場合（除Al、Mg外）
反接
(DCEP)	有陰極清理作用	電極載流能力弱、熔深小、鎢極燒損嚴重、引弧困難	實際很少采用

1）直流TIG焊    
正接與反接焊接效果圖
備注：18
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
       正接時如右圖，這時電子向工件運動，雖數量多，但體積、質量太小，不能擊碎氧化膜，沒有清理作用。但此時大量電子從鎢極上發射，帶走大量能量（對鎢極產生冷卻作用），所以鎢極燒損少、電流承載能力大。
鎢極電流承載能力及陰極清理作用（陰極霧化作用）的機理
反接時如左圖，工件為陰極，正離子向工件運動。因陰極區有很高的電壓降，在電場作用下正離子高速撞擊工件（上的氧化膜），使氧化膜破碎、分解而被清理掉。又由于陰極斑點總是優先在氧化膜處形成（那里電子逸出功低），陰極斑點又在鄰近氧化膜上發射電子，繼而氧化膜又被清除……。
       但這時大量電子從工件向鎢極運動，把大量能量交給鎢極，導致其溫度升高而燒損。要避免燒損，只有減小電流！（電流承載能力通常只有正接的1/10，電流太小，無實用價值。）
正接
反接
備注：19
二、鎢極氬弧焊焊接工藝

⑶變極性方波交流
i
t

i
t
　　應用：用于焊接鋁、鎂、鋁青銅等合金（表面易氧化、氧化膜致密）。
⑴正弦波交流
交流的電流形式
⑵變脈寬方波交流
t
i
　　正弦波交流：設備簡單，但電弧穩定性差（要有特別穩弧措施）、有直流分量（要有特別措施消除）。
　　變脈寬方波交流：設備復雜，但電流參數靈活、電弧穩定、鎢極燒損少，比正弦波交流有優勢。
　　變極性方波交流：特點與變脈寬方波交流相同，但更好（因負半周電流大小對陰極清理作用影響更大）
2）交流TIG焊    
備注：20
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
       陰極破碎現象對于焊接工件表面存在難熔氧化物的金屬有特殊的意義，如鋁是易氧化的金屬，它的表面有一層致密的A12O3附著層，它的熔點為2050℃，比鋁的熔點（657℃）高很多，陰極破碎作用可以去除鋁的表面氧化層，使焊接過程順利。 
正半周電極燒損降低，負半周獲得陰極清理作用／熔深和鎢極的電流承載能力介于DCEN與DCEP之間（左圖）。
DCEN
AC
備注：21
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
2、鎢極與焊接電流
       鎢極直徑決定了焊槍的結構尺寸、重量和冷卻方式，會直接影響到焊接勞動條件。施焊前應根據焊接電流的大小，選擇合適的鎢極直徑。
表2    鎢極許用電流
備注：22
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
鎢極直徑許用電流經驗取值
      以1mm允許電流55A為基數，乘以鎢極直徑，等于允許的使用電流。
如：1.6mm鎢極，允許使用電流是 1.6×55=88（A）
        2.5mm鎢極，允許使用電流是 2.5×55≈138（A）
另，3mm以下鎢極，從計算值減去5A～10A；4mm以上鎢極，則由計算值再加上10A～15A。
直流反接＜交流平衡波＜交流＜直流正接
備注：23
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
鎢極與電流不匹配
鎢極粗，電流小
鎢極細，電流大
鎢極端部溫度不夠，電弧飄移，電弧不穩，破壞保護區，熔池被氧化，成型差，易產生有氣孔。
鎢極端部溫度高，易熔化，小尖端逐漸變大熔滴，電弧隨熔滴尖端漂移，不穩定。熔化的鎢滴落入熔池形成夾鎢。
備注：24
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
鎢極與電流不匹配
鎢極粗，電流小
鎢極細，電流大
備注：25
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
鎢極形狀選擇
表3    鎢極形狀與特點
鎢極端頭的形狀、夾角對電弧的穩定性、鎢極的使用壽命以及焊縫形狀都有著不同的影響。
鎢極形狀	特點
尖錐形電極 	尖錐形電極適用于直流正接、小電流焊接薄板和彎邊對接焊縫。這種電極的電弧穩定，焊縫成形較窄，但不適于某些鎳基合金薄板不加焊絲的平面對接接頭。當鎢極磨得越尖時，咬邊、弧坑等傾向也越加嚴重。
圓弧形電極 	圓弧形電極適用于交流電源的焊接。當直流正接時，電弧不穩定。
圓柱形電極 	圓柱形電極適用于焊接鋁、鎂合金。但直流正接方法時不可用。
平底錐形電極 	平底錐形電極適用于直流正接。電弧較集中、燃燒穩定、焊縫成形良好。
備注：26
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
鎢極磨錐后，尖端直徑應適當，太大時，電弧不穩定；太小時，容易熔化。一般要根據焊接電流的大小來決定。磨修的長度一般為鎢極直徑的3~5倍，末端的最小直徑應為鎢極直徑的1/2~1/5。
鎢極端頭的夾角不同，穩弧性和使用壽命也不相同。根據實踐經驗，在30°夾角時，電弧集中、穩定，焊透性好，使用壽命較長；而在90°夾角時，電弧分散，焊透性不好，經一階段使用后電弧不穩定，使用壽命也較短；當60°夾角時，其優缺點介于30°和90°夾角兩者之間。
根據上述情況，鎢極的端部一般推薦使用（圓底錐形）30°夾角，適用于薄板的焊接。對于90°夾角，則宜用于厚板的焊接。
備注：27
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
      相同電流焊接時，不同鎢極端部形狀對熔深的影響
     電流種類、大小變化時，為了保持電弧穩定，通常將鎢極端部磨成以下形狀。
尖角20~30°
小電流
尖角90°
大電流
半圓
交流
鎢極端部 θ↓－－熔深↓熔寬↑
注：末端磨成鈍角（＞900）或帶有平頂的錐形，這樣使電弧的斑點穩定，弧柱的擴散減少對焊件的加熱集中，焊縫的成形均勻。 
備注：28
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
電極頂角對熔寬的影響
（2%釷鎢電極Φ2.4mm，弧長1.3mm，氬氣流量19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm）   
電極頂角對熔深的影響 
（2%釷鎢電極Φ2.4mm，弧長1.3mm，氬氣流量 19L/min，焊速7.5cm/min，母材厚12.7mm） 
電極尖端角度的選擇可參考下表數據
備注：29
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
2、打磨鎢極的安全措施
　　磨削鎢極應采用密封式或抽風式砂輪機（有專用的鎢極磨尖機），焊工應帶口罩，磨削完畢，應用肥皂洗凈手臉，最好下班后淋浴。釷鎢極和鈰鎢極應放在鋁盒內保存。 
備注：30
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
3、電弧電壓
       電弧電壓主要由弧長決定，弧長變化影響電弧的穩定燃燒，直接影響焊縫質量。
弧長增加，電弧電壓增大，焊縫寬度增大，熔深減小；弧長過長時，易產生未焊透和咬邊缺陷；且氬氣對熔池的保護效果降低，容易產生氣孔缺陷；
反之，則不易看清熔池，影響焊工操作；送絲時易碰到鎢極引起短路，使鎢極受污染加大燒損、脫落，形成夾鎢。
       通常使弧長約等于1.5倍鎢極直徑。
備注：31
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
4、焊接速度
      焊接速度增加時，熔深熔寬減小。焊接速度太快時，易未焊透，焊縫高且窄，兩側熔合不好。
      焊接速度太慢時，焊縫很寬，背面下塌嚴重，且容易燒穿。
      通常應根據熔池大小、熔池形狀和兩側熔合情況隨時調整焊接速度。
備注：32
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
焊接電流、焊接速度和焊道形狀的關系
1—正常焊道  2—咬邊焊道  3—不均勻焊道
（母材為奧氏體不銹鋼，直流正接）   
備注：33
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
5、鎢極伸出長度
噴嘴
鎢極
鎢極伸出長度
      一般情況，對接縫，鎢極伸出長度4~6mm，角焊縫，7~8mm。對于Φ2mm的鎢極，伸出長度2~3mm為好。
6、噴嘴與工件間距離
      這個距離越小，保護效果越好，前提是能夠地觀察電弧焊接過程。
備注：34
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
8、氬氣流量
噴嘴直徑與鎢極直徑有以下關系：D=(2.5~3.5)dw   
D—-噴嘴直徑或內徑（mm）
dw  —鎢極直徑（mm）
焊機、焊槍確定，噴嘴直徑很難改變，但可由此選擇鎢極直徑大小。
氬氣流量：Q=（0.8~1.2）D        （L/min）
D小時Q取下限；D大時Q取上限。
    氬弧焊的焊接接頭質量與氬氣保護效果有很大關系，保護不良，將增加合金元素的燒損，使焊縫氧化、氮化，出現氣孔、夾渣，并使焊縫脆化，降低接頭的強度和塑性。
7、噴嘴直徑與氬氣流量
備注：35
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
保護氣體流量和風速的關系
      （氬氣噴嘴直徑16mm，噴嘴與母材距離15mm） 
備注：36
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
從焊縫顏色判別氬氣保護效果（顏色觀察法）
不銹鋼	不銹鋼	不銹鋼	不銹鋼	不銹鋼	不銹鋼
焊縫顏色	銀白 金黃	藍	紅灰	灰	黑
保護效果	最好	良好	較差	不好	最壞
鋁及鋁合金	鋁及鋁合金	鋁及鋁合金	鋁及鋁合金	鋁及鋁合金
焊縫顏色	銀白有光亮	白色無光亮	灰白	灰黑
保護效果	最好	較好（氬氣大）	不好	最壞
備注：37
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
純銅	純銅	純銅	純銅	純銅
焊縫顏色	金黃	黃	灰黃	灰黑
保護效果	最好	良好	不良	最壞
低碳鋼	低碳鋼	低碳鋼	低碳鋼
焊縫顏色	灰白有光亮	灰	灰黑
保護效果	好	較好	不好
備注：38
二、鎢極氬弧焊焊接工藝
氬氣保護試驗法：
       按選定的工藝參數在試驗板（與工件材質相同）上引燃電弧后并保持不動，待電弧燃燒5~10秒滅弧，然后檢查熔化焊點周圍有無明顯、光亮的圓圈。圓圈越大越光亮清晰，說明保護效果越好。??
小技巧
備注：39
三、操作技術
       手工鎢極氬弧焊操作技術包括：引弧、運弧、停弧、熄弧及焊絲的送給和焊接過程中應注意的事項。
引弧  
             一般情況下，正式焊接前在引弧板上引燃電弧，等鎢極燒熱后再到焊縫上引燃及就很容易了，也可以使引弧板與工件連接，電弧直接過渡到工件焊縫上。禁止在焊縫兩側引弧，以免擊傷焊件。
鎢極端頭突然升溫幾千度，易引起爆破，造成焊縫夾鎢。夾鎢的焊縫易被腐蝕。
備注：40
三、操作技術
     引弧方式
     接觸引弧
     將鎢極與焊件表面接觸，形成短路，由于接觸處電流密度較大，產生很高的熱量，使鎢極末端和焊件表面被迅速加熱，產生大量的熱電子發射，在抬起焊槍的瞬間，在電場作用下，鎢極發射的電子撞擊氬原子使氣體電離成正離子和電子，從而使氣體導電。這時，帶正電的離子向陰極運動并轟擊陰極，使陰極的溫度劇增，電子猛烈發射，從而激發電弧。
     短路引弧    
    自動焊接時，電極與工件保持一定的距離，其間采用炭棒（或石墨）進行短路接觸，在撤出炭棒的瞬間電弧就產生了。電弧引燃過程與接觸引弧相似。 
     引弧器引弧   
    借助高頻振蕩器或高壓脈沖引弧器的作用，產生火花放電，使鎢極與焊件之間的氣體電離，從而引燃電弧。
1
2
3
備注：41
三、操作技術
       手工鎢極氬弧焊不允許用接觸引弧法。如今通常使用高頻震蕩引燃電弧，鎢極端頭與工件表面距離2mm～4mm，按下開關，高頻高壓電擊穿隙間空氣，使電弧自動引燃。好的電弧燃燒穩定，并均勻發出“噠噠噠……”的響聲（交流電）。
      電弧引燃后，焊槍在一段時間內停留在起弧位置不動，以獲得一個明亮清潔的熔池（護目鏡下看見熔化的金屬明亮，可以反光）。然后就可以填絲焊接了。

如果電源供電正常，不能正常引燃電弧時，其主要原因是： 
        a.  電纜、氣—電混合電纜、焊槍接頭、焊接工作臺、焊件等處接觸不  良、松脫或開焊；
        b.  引弧板和焊件表面有鐵銹、水、陶瓷、油、漆、防銹液、泥土等；
        c.  引弧器發生故障，不能正常工作；
        d.  鎢極經長時間使用后，表面形成一層氧化膜；
備注：42
三、操作技術
2. 運弧及送絲
焊絲
送給方向
平焊位置
備注：43
三、操作技術
長條熔池的三個作用
備注：44
三、操作技術
橫焊位置的焊槍焊絲角度
備注：45
三、操作技術
平角焊位置的焊槍焊絲角度
便于厚板加熱，使兩側熱量均勻
備注：46
三、操作技術
焊槍左右角度對熔池形狀和熔深的影響
備注：47
三、操作技術
接頭形式對氬氣保護效果的影響
A、B、C保護效果好，D、E保護效果差，空氣容易卷入保護氣流中，影響焊接質量。
備注：48
三、操作技術
       手工鎢極氬弧焊一般采用左焊法，焊槍以一定速度前移，禁止跳動，盡量不要擺動。如果用填充焊絲時，應在熔池的前半部接觸加入。焊絲可稍稍偏離接頭的中心線（靠近焊工身邊一側），不斷有規律的送進取出，送進時，應在熔池前的三分之一處點給，而不能點在電弧正下方；取出時，焊絲端頭應在氬氣保護范圍內，以免端頭氧化。
        均勻的送絲焊接，焊縫表面成型就能平整、圓滑、波紋清晰而均勻，這取決于操作者的熟練程度。
備注：49
三、操作技術
手工鎢極氬弧焊填絲技術	手工鎢極氬弧焊填絲技術	手工鎢極氬弧焊填絲技術
填絲技術	操作要領	適用范圍
連續送絲	焊絲端部靠近熔池前沿，均勻地連續送絲，送絲速度應與熔化速度相適應	要求焊工操作技術高，適用于細焊絲
斷續送絲	焊絲進入電弧區后，進行端部預熱，靠手臂和手腕上下反復運動，將焊絲端部熔滴送進熔池內	操作簡單、容易，適用于全位置焊接
緊貼坡口送絲	焊絲緊貼坡口間隙處，保證電弧熔化焊件坡口鈍邊的同時也熔化焊絲	適用于小直徑管子和困難位置焊接
備注：50
三、操作技術
       焊接過程中，鎢極禁止與焊件或焊絲接觸（打鎢極）。打鎢極會造成焊縫表面污染和夾鎢，以及熔池被“炸開”。另外，熱的鎢極如果被鋁污染，立即會被破壞電弧的穩定性，發出雜音。如果是直流焊接，這時雖沒有聲音，但會造成氣孔并污染焊縫。
       處理辦法：焊縫、鎢極都需要打磨，去除污染物，然后在試弧板上引燃電弧，得到斑痕白亮而無黑色的熔池時，才可以繼續焊接。
備注：51
三、操作技術
3. 收弧
        一般焊縫盡量一次引弧焊完，中途不停弧，這樣可避免縮孔和氣孔的產生。收弧時大多采用電流衰減法，或者通過改變焊槍角度，拉長電弧，回焊加快焊速的等方法收弧。加快收弧的長度20 ～ 30mm，延時3S～5S送氣。（長焊縫焊接時）
備注：52
三、操作技術
       中間停弧換焊絲，可以填1～2滴焊絲熔滴，同時將焊接電弧引至焊縫一側停弧。
再次起弧點
10～20mm
備注：53
三、操作技術
4. 熄弧
4.1 增加焊速法（同收弧）   適宜環焊縫，無弧坑和縮孔。
4.2 焊接電流衰減法     焊機有電流衰減裝置時使用。
4.3 焊縫增高法    焊速減慢，焊絲送給量增多，停弧再起弧，再填絲，反復幾次，補充熔池收縮的損失，使焊縫飽滿。而這時，熄弧處焊縫余高會過高，需打磨。
4.4 采用熄弧板
       熄弧不允許立刻移走焊槍，應在熄弧處保持5S～8S，保護高溫下的熄弧部位不被氧化。
備注：54
四、鋁及鋁合金焊接
1、鋁焊接性

鋁及其合金化學活潑性很強，表面易形成氧化膜，且多具有難熔性質（如Al2O3的熔點約為2050℃，MgO的熔點約為2500℃），加之鋁及其合金導熱性強，焊接時容易造成不熔合現象。由于氧化膜密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。同時，氧化膜（特別是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可以吸收較多的水分而常常成為形成焊縫氣孔的重要原因之一。此外，鋁及其合金的線脹系數大（約為鋼的2倍），導熱性又強（比鋼約大一倍多），焊接時容易產生翹曲變形。
備注：55
四、鋁及鋁合金焊接
2、鋁合金焊接焊縫氣孔

鋁及其合金熔焊時最常見的缺陷是焊縫氣孔，尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。 
       氫是鋁及其合金熔焊時產生氣孔的主要原因，氫的來源，主要是弧柱氣氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分。其中，焊絲及母材表面氧化膜的吸附水分，對焊縫氣孔的產生，常占有突出地位。
分解
H2O＝﹥H2+O
備注：56
四、鋁及鋁合金焊接
2.1弧柱氣氛中的水分
      
       弧柱氣氛中的氫之所以能使焊縫形成氣孔，與它在鋁及其合金中的溶解度變化特性有關。在平衡條件下，氫在鋁中的溶解度在凝固點時可從1.69突降到0.036ml/100g，相差約20倍（在鋼中只相差不到2倍），其次，由于鋁的導熱性很強，在同樣的工藝條件下，鋁熔合區的冷卻速度可為高強鋼的4~7倍，不利于氣泡的逸出，而殘留在焊縫金屬中形成氣孔。
       弧柱空間總是或多或少存在一定量的水分,在潮濕季節或濕度大時更多。
備注：57
四、鋁及鋁合金焊接
2.2 氧化膜中的水分

在正常的焊接條件下，對于氣氛中的水分已經盡量加以限制，此時，焊絲或工件的氧化膜中所吸附的水分將是生成焊縫氣孔的主要原因。
      
        焊絲表面氧化膜的清理情況對焊縫含氫量的影響是比較大的，若是用Al-Mg合金焊絲，這種影響必更顯著。TIG焊接時，在熔透不足的情況下，母材坡口根部未除凈的氧化膜中所吸附的水分，常常是產生焊縫氣孔的主要原因。
備注：58
四、鋁及鋁合金焊接
2.3 防止焊縫氣孔的措施
       2.3.1 減少氫的來源
       所有使用的焊接材料（包括保護氣體、焊絲等）要嚴格限制含水量，使用前均需干燥處理。氬氣的管路也要保持干燥。焊前焊絲及母材表面氧化膜應徹底清除，采用化學方法或機械方法均可，兩者并用，效果更佳。鋁鎂合金僅經過化學清洗未能防止產生氣孔。化學清洗后，焊前應用細鋼絲刷再全面刷一遍近縫區，并用刮刀刮削坡口斷面，裝配時要防止再度弄臟。 
       化學清洗有兩個步驟：脫脂去油和除氧化膜。清洗后應烘干。化學清洗后最好及時施焊，存放時間延長，焊絲或母材吸附的水分即增多。對于大型構件，清洗后做不到及時施焊時，臨焊前應再用刮刀刮削坡口端面為宜。
備注：59
       鋁和鋁合金表面清潔可用高合金（例如不銹鋼）制成的刷子進行，禁止使用鐵制刷子。

鐵制刷子中的鐵氧化物（鐵銹等）在摩擦生熱狀態下可以跟鋁發生化學反應，放出大量熱量，有傷害人體的危險。
金屬氧化物 + 鋁（粉）→ 氧化鋁 + 金屬 + 熱能 
四、鋁及鋁合金焊接
備注：60
      2.3.2 控制焊接工藝

在焊接工藝參數范圍內，采用大的焊接電流配合較高的焊接速度是比較有利的。在根部熔透的前提下采用較大的電流，高的焊速，可以減少熔池存在時間，減小氫的溶入，從而減少氣孔。這是需要較高的操作技能來配合，以便形成美觀的焊縫外形。
氬弧焊時風速大于2m/s時注意防風，否則容易產生氣孔等缺陷）
四、鋁及鋁合金焊接
備注：61
鋁和鋁合金焊接參數參考
四、鋁及鋁合金焊接
備注：62
3、裂紋
       鋁及其合金焊接時，常見到的裂紋主要是焊縫縱向裂紋、橫向裂紋、收弧處（火口）裂紋。
       鋁合金的線脹系數比鋼約大2倍，在拘束條件下焊接時易產生較大的焊接應力，也是促使鋁合金具有較大裂紋傾向的原因之一。
熱膨脹，液態，無約束
冷卻，液態至固態，收縮力大，受約束，易產生裂紋
焊接是一種不均勻加熱的過程
四、鋁及鋁合金焊接
備注：63
       另外裂紋產生的常見原因是：
1.焊絲選擇不當
2.電流過大，合金元素燒損多
3.應力集中
4.收弧方法不當
5.焊接順序不對
6.鋁散熱快，保溫時間短
防止方法;
1.可適當預熱
2.選擇合理的焊接順序和焊接規范
3.改變熄弧方法和位置
4.防止過燒    （鋁過燒則變脆）
四、鋁及鋁合金焊接
備注：64
4、未熔合
        未熔合是指焊縫金屬與母材金屬,或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷。未熔合可分為坡口未熔合,層間未熔合，根部未熔合三種 。
四、鋁及鋁合金焊接
備注：65
         產生未熔合缺陷的原因
1.焊接電流過小；
2.焊接速度過快 ；
3.焊絲角度不對；
4.產生了弧偏吹現象；
5.（焊接處于下坡焊位置）,母材未熔化時已被熔化的焊絲覆蓋；
6.母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結合等。 
未熔合的防止

采用較大的焊接電流,
正確地進行施焊操作,
注意坡口部位的清潔 
四、鋁及鋁合金焊接
備注：66
5、未焊透
未焊透
原因：
1.技術不熟練
2.電流小，溫度低，焊速快
防止方法：
1.預熱或加大焊接電流
2.減慢焊速
四、鋁及鋁合金焊接
備注：67
6、咬邊
原因：
焊槍角度不正確，溫度高，送絲量滿足不了焊縫的需要。
防止方法：
調整焊槍角度，溫度要適當，增加焊絲量。
7、燒穿
原因：技術不熟練，電流大或焊速慢或不均。
防止方法：改進操作技術，調整合理的焊接電流。
四、鋁及鋁合金焊接
備注：68
8、縮孔         
 原因：熄弧、停弧不當，電弧突然中斷。
9、弧坑         
原因：熄弧、停弧不當，電弧突然中斷
防止方法：采用焊縫增高法熄弧。
弧坑處很容易出現裂紋和氣孔
四、鋁及鋁合金焊接
備注：69
10、余高過大，成型不良
余高過大，造成焊絲用量大，焊接速度慢，外觀難看，后期打磨工作量大。最佳為0～1mm，焊縫不允許低于母材。
原因：技術不熟練，填絲過快。
四、鋁及鋁合金焊接
備注：70
比較合理的余高
漂亮的外觀成型
可改變收弧位置，減少拐角堆高。
四、鋁及鋁合金焊接
備注：71
余高
0～1mm
四、鋁及鋁合金焊接
備注：72
外觀質量良好
四、鋁及鋁合金焊接
備注：73
五、脈沖TIG焊
一、脈沖TIG焊(argon tungsten pulsed arc welding)
　使用脈沖電流（通常多用方波），分直流脈沖TIG焊和交流脈沖TIG焊。
（一）脈沖鎢極氬弧焊的特點
    1、脈沖式加熱，高溫停留時間短、金屬冷凝快，易于焊接熱敏感材料；
    2、熱輸入小、電弧能量集中、HAZ小，利于薄板焊接；
    3、可精確控制熱輸入及熔池尺寸，適于單面焊雙面成形和全位置焊；
    4、高頻電弧震蕩利于細化晶粒、消除氣孔，提高接頭性能；
    5、適合高速焊、提高生產率。
　☆應用：一般用于打底或薄件的焊接　
直流脈沖電流波形
i
t
t
i
交流脈沖電流波形
備注：74
五、脈沖TIG焊
i
t
幾個概念：周期T= tm + tj    頻率=1/T  占空比= tm /T  幅比= Im / Ij

峰值電流Im
基值電流Ij
峰值時間tm
基值時間tj
　　脈沖氬弧焊參數，參數選擇原則及步驟如下：
　對于一定板厚，有一個合適的通電量（Im tm）,而最佳值Im取決于材料的種類，可以近似認為與工件厚度無關（如鋼類約為150A）。所以一般步驟通常是先根據材料種類選擇Im，然后以板厚決定tm。當焊薄板時，Im值應選得稍低，同時適當延長tm；焊接厚板時，Im應選得稍高，并適當縮短tm。
Ij一般為Im的10% ~ 20%，tj為tm的1~ 3倍，即tj =(1~3) tm、 Ij = （10~20）% Im。 。
　幅比、占空比的值較大時，脈沖特點較顯著有利于克服熱裂紋，但過大會增加咬邊傾向。
（二）直流脈沖參數及選擇
　　參數：直流脈沖TIG焊的參數與普通直流TIG焊的基本相同，只是電流變為脈沖電流（有四個基本參數，可分別獨立調節）。
備注：75
五、脈沖TIG焊
　　脈沖電流頻率超過5KHZ電弧具有強烈的電磁收縮效果，對焊接有利。
　　焊接速度和脈沖頻率要相互匹配（尤自動焊），使焊點之間有一定的相互重疊量，常用頻率可參照下表，一般低于10HZ。
焊  接
方  法	手工
TIG焊	下列焊接速度（cm/min）的自動脈沖鎢極氬弧焊	下列焊接速度（cm/min）的自動脈沖鎢極氬弧焊	下列焊接速度（cm/min）的自動脈沖鎢極氬弧焊	下列焊接速度（cm/min）的自動脈沖鎢極氬弧焊
焊  接
方  法	手工
TIG焊	20	28	37	38
頻率f	1~2	≥3	≥4	≥5	≥6
脈沖TIG焊參數實例（下二表，上：直流正接；下：交流）
材料	板厚	Im（A）	Ij （A）	Tm（S）	tj （S）	頻率（Hz）	焊接速度（cm/min）
不銹鋼	0.3	20~22	5 ~ 8	0.06 ~ 0.08	0.06	8	50 ~ 60
不銹鋼	0.8	85	10	0.12	0.08	5	80 ~ 100
材料	板厚mm	焊絲直徑
mm	Im（A）	Ij （A）	脈寬比%	頻率Hz	電弧電壓v	氣體流量
L/min
5A03	1.5	2.5	80	45	33	1.7	14	5
5A03	2.5	2.5	95	50	33	2	15	5
備注：76
五、脈沖TIG焊
各種材料脈沖TIG焊時脈沖電流參數的選擇 
脈沖TIG焊工藝參數的確定還可以參考以下的數據。
脈沖電流和基值電流的組合
對焊縫成形的影響
I p—脈沖電流   I b—基值電流
備注：77
五、脈沖TIG焊
脈沖幅比與脈沖頻率的合理關系 
不同板厚的焊縫咬邊與脈沖幅比
及脈沖寬比的關系
（母材1Cr18Ni9Ti） 
備注：78
五、脈沖TIG焊
★安全技術
氬弧焊的有害因素
    放射性:釷鎢極中的釷有放射性，劑量很小。微粒進入人體成為內放射源，則會嚴重影響身體健康。
    高頻電磁場：由于時間很短，對人體影響不大。
    有害氣體：臭氧和氮氧化物。
    紫外線輻射：強度遠大于一般焊條電弧焊，在焊接過程中會產生大量的臭氧和氧化物。
╋安全防護措施
  ①通風措施
  ②盡可能采用鈰鎢極
  ③釷鎢極的鈰鎢極加工時，應采用密封式或抽風式砂輪磨削，操作者應配戴口罩、手套等個人防護用品，加工后要（用肥皂）洗凈手臉最好下班后淋浴。
  釷鎢極和鈰鎢極應放在鋁盒內保存。
  ④屏蔽高頻電磁場
  ⑤其他個人防護措施：如穿戴非棉布工作服（如耐酸呢、柞綢等）。 
備注：79
     謝 謝
備注：80

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