氬弧焊工藝參數及對焊縫成形的影響

一、 實驗目的
1. 詳細了解TIG焊設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、實驗設備及材料
(一) 鎢極氬弧焊機(WSE-200逆變交直流氬弧焊機)
(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下，利用鎢極和工件之間產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，從而為形成優質焊接接頭提供了保障，見圖1。焊接時，保護氣體可采用氬氣、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。焊絲根據焊件設計要求，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置在接頭的間隙中。

圖1 鎢極惰性氣體保護焊示意圖
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,焊接過程穩定；氬氣、氦氣的熱導率小，又不與液態金屬反應或溶解在液態金屬中，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，不會引起很大的飛濺。所以，整個焊接過程十分穩定，易獲得良好的焊接接頭質量。
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，對電弧的性質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行清理的現象(清理作用)。電極接正時，母材是陰極，從其表面發射出電子。電子容易從有氧化物的地方發射出來并形成陰極斑點，陰極斑點受到質量較大的正離子的撞擊，使該區域氧化膜被破壞掉。電弧連續破壞母材表面上電弧覆蓋區域的氧化膜，實現對氧化膜的清理。
反極性焊接時，電弧在工件上的產熱量少，焊縫熔深淺而熔寬大，生產率低。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，生產率高，工件的收縮和變形也小。并且鎢極作為負極時的自身產熱量小，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定，能夠形成穩定均勻的焊縫。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。
交流焊接表現出的突出問題是電流過零，不采取穩弧措施的話電弧會熄滅，或者是電流不連續，影響焊接過程的穩定和焊縫形態的穩定。
手工鎢極氬弧焊主要工藝參數有焊接電流種類、極性、電流大小、鎢棒直徑與端部形狀、保護氣體流量等。
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，它根據工件材質、厚度、接頭形式、焊接位置等因素選擇，鎢棒直徑則根據電流大小、電流種類選擇。鎢棒端部形狀是一個重要的工藝參數，尖端角度對電弧引燃和穩定以及對焊縫熔深和熔寬都有一定的影響。
2）保護氣體流量和噴嘴孔徑 氣體流量和噴嘴孔徑應互相配合，使保護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，對應保護氣體流量為5～25L／min。焊接電流增大，所對應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 焊速是用來調節熱輸入和焊縫形狀的重要參數之一，其選擇應根據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效果的影響。此外，焊接熱敏材料時應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. 了解焊機及焊槍結構，熟悉工藝參數調節方法。
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，調節工藝參數，觀察工藝參數對焊縫成形的影響。
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？