TIG 氬弧焊焊接基礎知識

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TIG 氬弧焊焊接基礎知識

TIG 氬弧焊焊接是一種可以用于各種材料,各種板材厚度和各種焊接位置的萬能焊接方法。該焊接方法可以焊出質量非常高的焊接接頭。這一方法的完整描述見DIN 1910標準的第 4 部分 - 鎢電極惰性氣體焊接,TIG氬弧焊焊接方法起源于美國,1936年在美國被稱之為氬氣電弧焊接。第二次世界大戰后該方法才被引入德國。在說英語的國家里,該方法被稱為TIG ,因為英語中鎢被叫做”Tungsten”。和其它的熔融焊接方法相比,氬弧焊在許多方面表現出眾,例如它可以用于很多場合。

WIG-Schweissen
Schaubild WIG Schwei?en
  1. 焊棒
  2. 焊槍
  3. 鎢電極
  4. 電弧
  5. 保護氣體
  6. 熔池
  7. 母材

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只要一種金屬材料能夠以熔化的方式焊接在一起,就可以用氬弧焊來焊接。另外,它還是一種非?!案蓛簟钡姆椒?,基本上沒有飛濺,產生的有害物質也少,在正確的應用下能確保高質量的焊接接頭。和熔化性電極的其它焊接方法相比,TIG氬弧焊焊接還有一個獨特的優勢,那就是填充材料的填充速度可以不和焊接電流的大小掛鉤。所以焊工可以更好地根據焊接任務來設定焊接電流,可以控制焊材的填充量正好和所需要的量相符。這個特點使得這種方法特別適合用于打底焊和強制性位置的焊接。由于有這些所提到優點,所以目前在眾多的工業領域和手工加工領域,TIG氬弧焊的應用都非常成功。當然,在手工焊接中,這種方法要求焊工要有熟練的技能和經過良好的培訓。本篇將介紹氬弧焊方法的特點。在有些企業中,盡管現有的焊接任務非常適合用氬弧焊,但卻還沒有被采用,也許本篇能喚起他們對這方面進行關注。

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焊接填充材料的選擇

TIG氬弧焊焊接中的焊接填充材料基本上都是棒狀。在自動化焊接中會采用絲狀焊絲,由一個外加的送絲機來輸送焊絲。在選擇焊接填充材料時,原則上是選擇和被焊母材一致的材料。有時出于冶金上的原因,也會要求填充材料中的某些合金元素量不同于母材中的成分。例如,為了防止裂紋,盡量采用含碳量低的填充材料。這種情況被稱為類型相近的材料。還有的時候會要求采用類型相異的材料,例如在焊接難焊的C-鋼時,會用奧氏體,甚至鎳基合金作為填充材料。填充材料焊棒的直徑大小取決于焊接的對象,要根據材料的厚度和鎢電極的直徑來選擇焊棒的直徑。市場上常見的焊棒長1000 mm,以成束的方式供貨,在每根焊棒上應該有相應于 DIN標準的標志或商業標志,以避免混淆。

Abbildung Wolframelektroden

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保護氣體流量設定

保護氣體的流量是按照體積流量來設定,單位為 升/分鐘。流量的設定要考慮到熔池的大小,也就是說要考慮鎢電極的直徑大小,還有氣嘴的直徑,氣嘴到母材表面的距離,周邊空氣的流動情況和所用氣體的類型 – 請參見專門介紹保護氣體的章節。有一個簡單的經驗數值是,對純氬氣的保護氣體,鎢電極直徑在1 到 4 mm之間,那么保護氣體的流量應該為每分鐘 5 到 10 升。氣體流量可以通過間接的測量從安裝的氣表上讀出,氣表測量的是緩壓螺帽前的壓力,它和氣體流量成正比關系,氣表上的刻度經過定標,所以可以直接顯示升/分鐘。如果要更精確地測量流量,有一種玻璃小管測量計,內帶浮子,用它可以在焊槍出氣口上直接測量保護氣體流量。

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工件表面清理

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要達到一個好的焊接效果,對工件表面的清理是件重要的事情。在焊接前要將被焊工件接頭區間的截面和表面徹底清理干凈。表面應該顯出金屬光澤,沒有油質,臟污,銹蝕和油漆等。表面的氧化層也要盡可能地清除掉。通常情況下,用一個鋼刷來清理表面就可以了。有時僅用鋼刷還達不到效果,就要對表面用打磨或機械加工的方法來處理。對不銹鋼材料的清理必須用不銹鋼鋼刷,否則殘留在表面的鋼刷顆粒會作為雜質造成生銹。在焊接鋁金屬時,為了避免出現氣孔,表面的清理尤其重要,表面不能有很厚的氧化層??梢杂眠m合的溶劑來清理和去處氧化層。注意:如果用含氯的溶劑,可能會出現毒性的揮發氣體。

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電弧的引燃

不要在母材上的焊縫區之外引燃電弧,在隨后的焊接中要使引弧點重新熔化。在開始焊接時,由于整個母材處于冷態,引弧點處被電弧加熱的母材會受到快速地散熱。這種快速的冷卻會導致淬火,很可能會伴隨有裂紋和氣孔。為了避免這種快速的冷卻,所以應該在焊縫起點處引弧,引弧后立刻將引弧點重新熔化。盡量不要采用接觸引弧,有些老式焊機沒有引弧裝置(高壓脈沖引?。┎挪捎媒佑|引弧。在這種情況下,要在焊縫起點處加一塊銅片作為引弧板,在引弧板上引燃電弧后,再將電弧移到焊縫起點開始焊接。如果直接在母材上接觸引弧,焊縫可能會有夾鎢,由于鎢的熔點高,沒有被熔化而是夾在焊縫中,在拍攝的X光片上就會看到明亮的部位。

TIG 氬弧焊焊槍運作

TIG 氬弧焊焊接用的是向左焊法,如圖。當然,這里是針對右手持焊槍,左手持焊棒的焊工來說的,也就是通常說的右手焊工,從焊工的角度看是向左焊。還有一種更清楚的方法來表示焊接方向,也就是人們說的焊棒在焊接方向前面引導著焊槍。這種說法適用于其它所有的焊接位置,只是不適用于向下立焊。在堆焊時,有時也會用向右焊法,以便有更高的熔敷速度。 焊槍擺放與焊接方向后傾 20°左右角度,焊棒則非常平地放置在與工件表面成15°角度的位置。焊接中,先是用電弧熔化一個熔池,然后使焊棒在電弧下的熔池中熔化。焊棒在焊工手動控制下輕觸式的插入和退出,如果是連接工件的焊接,注意不要將焊棒插入電弧太深,否則會減小熔深。如果是堆焊,因為希望得到稀釋率小的焊縫,熔深小則變得有利。焊接中要使焊棒在熔池的前沿熔化。焊工還要注意在抽回焊棒時不要使熔化的焊棒端頭退到保護氣體罩外面,否則焊棒端頭會被氧化,而這些氧化物很有可能又會進入到熔池中。

Abbildung WIG Brennerführung
Abbildung Schwei?position

焊接位置

在 ISO 6947標準中用 PA到 PG 來代表各種不同的焊接位置。如果用一個圓管截面作為圖形,從上端(PA)開始,順時鐘移動,就依次得到按英文字母排列的焊接位置。位置 PA 以前在德國被稱為水平位置或盆型位置。接下來是對接焊縫的位置PC(橫向焊接豎立的板材)和位置PE(仰焊),以及角焊縫的位置PB (平焊接)和位置PD (橫焊/仰焊)。在板材的焊接中,位置PF 表示向上立焊,位置PG 表示向下立焊。在圓管上將各種位置都表示出來了。在圓管不轉動的條件下,從圓管的仰焊位置向左或向右往上焊屬于位置PF,位置PG 是從上往下焊。TIG氬弧焊可以用來在所有的這些焊接位置上焊接,當然,和其它焊接方法一樣,所用的焊接參數必須和焊接位置相匹配。

焊接參數

應用TIG氬弧焊可以焊接的鋼板厚度最薄約 0,3 mm,鋁板和銅板的最薄厚度為 0,5 mm??珊傅淖詈癜宀闹饕鞘艿浇洕б娴南拗?。這種方法的熔敷率并不高,所以經常只用TIG氬弧焊來焊接打底焊道,剩下的焊道則用熔敷率高的其它方法(MMA手弧焊, MAG氣保焊)來完成。在選擇焊接參數時要明白,在焊機上只能調節焊接電流。電弧的電壓取決于電弧的長度,而電弧的長度是由焊工持槍的手掌握。電弧越長,電壓也越大。作為一個參考值,如果是直流電流(鎢極接負極)焊接鋼材,達到焊透的焊接電流為每mm板厚45安培電流。如果是交流電焊鋁材,則每mm板厚需要40 安培的電流。

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脈沖電流焊接

在脈沖電流焊接中,焊接電流的強度在一個小的基值電流和一個大的峰值電流之間按脈沖頻率的周期性不斷地地變化。峰值電流使母材得到熔深,形成一個點狀的熔池。接下來的基值電流會使熔池從邊沿開始凝固,待到下一個峰值電流又會使熔池熔化和變大。同時,在焊接速度的影響下,電弧也在往前移動,因此TIG氬弧焊脈沖焊接的焊縫看上去是由許多重疊的焊點組成。通常,脈沖電流焊接的熔池要小于恒定電流焊接的熔池。所以在強制性位置焊接時,用脈沖電流能更好地控制焊接過程,同時又能保證足夠的熔深。當然,要出現上面所描敘的現象,熔池的溫度在基值電流和峰值電流之間要有足夠的溫差。只有當脈沖的頻率低于約 5 Hz 時,才能達到這種溫差。脈沖焊的缺點是焊接速度要大幅度降低。另外,當脈沖頻率很低時,焊工會因脈沖引起的電弧閃爍而受到干擾。所以,在手工TIG氬弧焊中,如果有其它方法來控制熔池,就不大會采用脈沖焊。脈沖焊更多的是用在自動化焊接上。

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為順利進行 TIG 氬弧焊焊接需要下述裝備:

更多關于 TIG氬弧焊焊接的信息請參見我們的 焊接知識讀物。

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