TIG 氬弧焊焊接材料


不同材料的特點

很多材料都可以用TIG氬弧焊方法來焊接。有些材料是用直流電流焊接,另外一些材料焊接則需要用交流電流焊接。下面將介紹各種材料的一些需要注意的特點。
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非合金鋼和低合金鋼

Un- und niedriglegiert所有的熔化焊接方法都可以用來焊接這類鋼材。在選擇焊接方法時,考慮的重點一般不在該焊接方法的質量效果,而在于其經濟效應。由于TIG氬弧焊方法的效率較低,所以很少被用在這類材料的焊接中。只有在焊接打底焊縫時才會用到。如果被焊工件的厚度超過大約 6mm,通常會用 TIG氬弧焊來打底,后面的焊層則用其它的高效率的焊接方法來完成。還有一個應用是焊接直徑比較小的管道,這時用TIG氬弧焊方法是最合適。需要注意的是有可能出現氣孔,例如焊接含硅量很低的非合金鋼的鋼管(如 P235)或將這類鋼管和鍋爐封頭焊在一起時。如果被焊材料是單鋁脫氧的軋鋼板,而且焊接中填加的填充材料不夠多,這時也容易出現氣孔。盡管有保護氣體的保護,也不能完全排除空氣進入保護區,空氣中的氧氣會在焊接熔池中形成一氧化碳,造成氣孔出現。為了改善這種情況,盡量采用高Si / Mn含量的合金作為填充材料,使氧氣形成無害的氧化物。


奧氏體不銹鋼

這類材料特別適合用 TIG氬弧焊來焊接,因為焊縫熔融金屬的黏性有助于得到細羽狀的,光滑的焊縫表面和平整的背面。由于TIG氬弧焊的焊接速度比較慢,加上不銹鋼材料的熱傳導性比較差,所以在焊接薄板時很容易出現焊縫過熱的現象。由此會增大接頭的熱裂紋的傾向和降低接頭的抗腐蝕性能。有必要的話,可以采取一些措施來避免過熱現象,例如焊接中途增加一段停焊冷卻時間或對被焊工件采取冷卻措施。這些措施還可以減小工件的焊接變形。和非合金鋼相比,不銹鋼的熱膨脹系數比較大,所以其焊接變形也比較大。如果被焊工件在應用中會受到腐蝕侵襲,必須在焊接后對焊縫表面以及焊縫兩邊附近母材上的氧化層和退火色進行清除,清除的方法有鋼刷,噴沙,打磨或酸洗。只有完成清除后,才能將工件投入使用。否則,這些表面層的存在會加速腐蝕侵蝕的力度。管材焊接后,焊縫的背面也不能有氧化層。但是,很多情況下,管道內很難用機械的方式來清理,這時建議在焊接中采用背保護氣體來避免氧化層的出現。
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鋁和鋁合金

Aluminium對鋁材的焊接基本上是用交流電流焊接,也有些例外會在稍后提到。需要用交流電流焊接是因為要清除工件表面高熔點的氧化層。氧化鋁(AI2O3)的熔點大約在2050°C,而純鋁的母材在650°C就熔化。鋁和氧氣的化學親和力很強,即使在焊接前用刷子或刮刀將母材表面的氧化層清除掉,在表面又會很快地形成一層新的氧化膜。即使直接在電弧下面,這層高熔點的氧化膜也不能完全熔化。如果用直流電流焊接(鎢極接負極),焊縫表面大部分區域會被一層固態的氧化鋁所覆蓋,因此焊接中不可能對熔池進行觀察,也很難將填充材料添加進去。當然,也可以像釬焊那樣用焊劑來清除氧化膜,但是這會造成更大的工作量。

如果用交流電流焊接,就可以通過電弧中的載體來破碎和清除氧化層。載體中只有離子能達到這種效應,因為電子的質量太輕,不能提供足夠的動能。 當電極接負極時,電子從電極流向工件,離子則從工件流向電極。這種極性不具備表面清理作用。如果將極性變換一下,使重質量的離子流向工件的表面,通過離子的動能就可以破碎和清除氧化層。焊接中正電極的溫度更高,電極接正極性后,能承受的電流載荷就非常小。所以在TIG氬弧焊焊鋁時,只有當被焊鋁件很?。ò搴褡畲蠹s2,5 mm),鎢極接正極性來焊接才有實際性的應用。交流電流焊接則是一個折中的辦法。當正半周位于電極一端時,有清理作用。接下來的負半周,電極可以得到冷卻。所以人們也將其稱為清理半周和冷卻半周。電極的承載能力在交流電流焊接時比接負極性的直流電流焊接時要小,但是比接正極性的直流電流焊接時要大很多。實際表明,要達到足夠的清理作用并不需要將整個正半周都用上,有 20% 或 30% 的正極性就夠了。

WIG_Alu_Reinigung
??? 通過動能產生清理作用??? ? 電極接正極????
WIG_Alu_ohne_Reinigung
?? 沒有清理作用 ? 電極接負極??
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這種功能可以在現代化的TIG氬弧焊電源上實現。通過快速反映的開關電路(晶體管)將一個直流電源的極性交替切換成正極和負極,然后施加到電極上,也就是說電源提供了一個人為的矩形交流波。人們還可以改變個電流的正半周和負半周的占寬比,比如從20% 正極性 / 80% 負極性到 80% 正極性 / 20% 負極性之間進行調節。如果正極性占比少,電極承受電流負載的能力就高,或者說在同樣的電流大小下,電極的使用壽命會更長。Unterschiedliche Balanceeinstellung 通常,對這種“矩形波電源”,其人為造就的交流電流頻率也可以改變,例如在 50 和 300 Hz之間調節。如果提高頻率,也會對電極的使用產生有利影響。

這種人為造就的矩形交流電流還有更多的優點。因為在極性轉換時,矩形波電流的變化是非常陡峭,電流過零點的時間比正弦波電流要快很多,所以電弧在過零點時的熄弧時間也很短。所以電弧能更可靠地重新引燃,甚至不需要外界幫助引弧,總體上電弧也更穩定。但是重燃過程會發出很明顯的嗡鳴聲?,F代化的 TIG氬弧焊電源可以用于直流電流焊接,也可以用于正弦波形和矩形波形的交流電流焊接。近來還有一種TIG氬弧焊負極性焊接用在鋁焊接中,焊接中采用氦氣含量很高的保護氣體(例如 90% He / 10% Ar)。已經提到,焊接中電極接負極,氧化膜不會被破碎,但是高能量的氦氣電弧有更高的溫度,可以將氧化膜熔化,使其不再對焊接構成妨礙。氦氣的TIG氬弧焊直流電流負極性焊接具有更好的熔深效果,主要用于鋁硅合金鑄件的修補焊接。

在鋁材的焊接中,另外一個要注意的是因為氫氣而容易產生氣孔。和鋼材相比,鋁材更容易出現氣孔,因為鋼材的焊縫從液態變為固態過程中還可以溶解8 cm3/100 g 氫氣,而鋁材焊縫在固態時和氫氣幾乎沒有溶解性。焊接中熔池吸收的氫氣在凝固前都必須從焊縫中排出,否則就會在焊縫中形成氣孔。

alu在鋁材的TIG氬弧焊焊接中,氫氣的來源主要來自于母材表面氧化層吸收的潮氣。所以在焊接前要用刷子或刮刀將氧化層清除。從另一方面來看,鋁材表面的氧化膜比鋼材更容易釋放電子,如果有一層氧化膜,電弧會更平穩。所以需要在穩定的電弧和保正足夠少的氣孔之間找一個折中點。一個經過經驗證明的好的方法是,在焊接前徹底清除工件表面的氧化膜,然后放置一到二個小時,讓表面重新生成一層很薄的氧化膜, 然后再開始焊接。焊棒表面形成的氧化膜也會造成焊縫中產生氣孔。所以鋁材的填充材料要妥善保管,放置的時間不要太長。

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銅和銅合金

SZW_WIG_Kupfer銅材焊接的難點主要是因為銅有很好的導熱性能。所以,對比較厚的板材在焊接前至少要將焊縫起點區域預熱。焊接開始后,焊接產生的熱量會對其它區域起到預熱的作用。對于厚度大于 5 mm 的板材則需要焊前對整個焊縫區域進行預熱。采用TIG氬弧焊方法焊接時,還可以用電弧來預熱,具體做法是在焊縫起始區域用焊槍在較長的電弧下做劃圓運動,以此來達到預熱的作用。純銅和很多的銅合金用直流電流,電極接負極性來焊接。但有些黃銅和鋁青銅用交流電流焊接會有更好的效果。

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其它材料

除了前面提到的材料外,還值得一提的是鎳基合金的TIG氬弧焊焊接。常見的有鎳/鉻合金(例如Inconel)和鎳/銅合金(例如Monel )。再就是鈦和鈦合金也會用TIG氬弧焊來焊接。對這些材料非常適合用電極接負極性的直流電流來焊接。焊接鈦金屬時必須注意的是,不僅焊縫區域需要有保護氣體保護,離焊接位置較遠的區域和甚至焊縫的背面也需要有保護氣體保護,否則母材在接觸空氣后會變脆。

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