钨极惰性气体保护焊实训报告

钨极惰性气体保护焊（TIG）实训报告

一、实训目的

为了提高实际操作的能力，掌握钨极氩弧焊的基本操作技能，能根据材料的结构特点及焊缝形状尺寸，正确选择焊接材料和焊接工艺参数，使我们在掌握书本知识的同时注意实践技能的培养，更好地提升自身的实践能力。

二、钨极氩弧焊(TIG)工作原理

钨极氩弧焊是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法，焊接过程如图1所示。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而获得优质的焊缝。

焊接过程根据工件的具体要求可以或者不加填充焊丝。

图1 钨极氩弧焊

1-喷嘴 2-钨极 3-电弧 4焊缝 5-工件 6-熔池 7-填充焊丝 8-惰性气体

三、钨极氩弧焊(TIG)的优缺点

1、氩气具有极好的保护作用，能有效地隔绝周围空气；它本身既不与金属发生化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中熔池的冶金反应简单且容易控制，因此为获得高质量的焊缝提供了良好条件。

2、钨极氩弧焊非常稳定，即使在很小的电流情况下（

3、热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整，所以这种焊接方法可进行全位置焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。

4、由于填充焊丝不通过电流，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。

5、交流氩弧焊具有在焊接过程中能够自动清除工件表面氧化膜的作用，因此，可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及其合金。

6、钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此，熔敷速度小，熔深浅、生产率低。

7、采用的氩气较贵，熔敷率低，且氩弧焊机又较复杂，和其它焊接方法（如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊）比较，生产成本较高。

8、氩弧受周围气流影响较大，不适宜室外工作。

综上所述，钨极氩弧焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于焊接铝、镁、钛、铜等有色金属，以及不锈钢、耐热钢等。对于低熔点和易蒸发的金属（如铅、锡、锌），焊接较困难。

四、钨极氩弧焊种类及特点

不同的金属材料，在进行钨极氩弧焊时要求不同的电流种类及极性。铝、镁及其合金一般选用交流，而其它金属焊接均采用直流正接。

1、直流钨极氩弧焊

直流钨极氩弧焊时采用直流电流，没有极性变化，因此电弧燃烧非常稳定。然而它有正、负极性之分。工件接电源正极，钨极接电源负极称为正接法；反之，则称为反接法。

1)直流正接：电弧燃烧时，弧柱中的电子流从钨极跑向工件，正离子流跑向钨极。由于此时钨极为阴极，具有很强的热电子发射能力，大量高能量的电子流从阴极表面发射出来，跑向弧柱。在发射电子流的同时，这些具有高能的电子要从阴极带走一部分能量，即阴极以气化潜热形成失掉一部分能量，这些能量的损失将造成阴极表面的冷却，此时钨极烧损极少。同时由于阴极斑点集中，电弧比较稳定，工件受到质量很小的电子流撞击，故不能除去金属表面的氧化膜。除铝、镁合金外，其它金属表面不存在高熔点的氧化膜问题，故一般金属焊接均采用此种焊接方法。

采用直流正接有如下优点：

(1)工件为阳极，接受电子轰击放出的全部动能和逸出功，电弧比较集中，阳极加热面积比较小，因此获得窄而深的焊缝。

(2)钨极的热电子发射能力强，所以直流正接时电弧非常稳定。

(3)钨极发射电子的同时，具有很强的冷却作用，所以钨极不易过热，采用直流正接法钨极允许通过的电流要比焊接时大很多。

2)直流反接法：反接时弧柱内的电子流跑向钨极而正离子流跑向工件。当离子流撞向工件时，工件表面的氧化膜会自动地破碎被清除，即出现所谓的阴极清理作用。而钨极受到电子流的撞击，把电子流所携带的能量以凝固热形式吸收进来，使得钨极具有很高的温度而过热，导致熔化，所以反接时钨极允许承受的焊接电流很小。焊接的工件材料如钢、铝、铜等一般都属冷阴极材料，其电子发射主要为场致发射，场致发射时对阴极材料没有冷却作用，所以工件所处的温度较

高，但由于氧化膜存在，阴极斑点在氧化膜上来回游动，电弧不集中，加热区域大，因此电弧不稳，且熔深浅而宽，此法生产率低，电弧稳定性不好，一般不推荐使用。

2、交流钨极氩弧焊

交流电流的极性是在周期性地变换，相当于在每个周期里半波为直流正接，半波为直流反接。正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而又不致于过热，有利于电弧的稳定。反接的半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。这样，同时兼顾了阴极清理作用和钨极烧损少、电弧稳定性好的效果。对于活泼性强的铝、镁、铜等金属及其合金一般都选用交流氩弧焊。

交流氩弧焊较直流氩弧焊复杂，主要表现在以下几方面：

1)阴极清理作用

当工件为负极时，表面生成的氧化膜逸出功小，易发射电子，所以阴极斑点总是优先在氧化膜处形成。工件为冷阴极材料时，阴极区有很高的电压降，因此阴极斑点能量密度相当高，远远高于阳极。正离子在阴极电场作用下高速撞击氧化膜，使得氧化膜破碎，分解而被清理掉，接着阴极斑点又在邻近氧化膜上发射电子，继而又被清理，阴极斑点始终在金属表面的氧化膜上游动，被清理的氧化膜面积也不断地扩大，直到在氩气所能保护的范围内。清理作用的强弱与阴极区的能量密度和正离子质量有关，能量密度越高，离子质量越大清理效果越好。正接时，工件转为阳极，不存在清除氧化膜的功能。

2)直流分量

交流钨极氩弧焊的正半波时，钨极为负极，因具有熔点和沸点高，且导热差，直径小，则钨极具有很高温度使得热电子发射容易，所以电弧电压低，焊接电流大，导电时间长；负半波时，工件为负极，其熔点和沸点低，且尺寸大，散热快，电子发射困难，所以电弧电压高，焊接电流小，导电时间短。由于正负半波电流不对称，在交流焊接回路中存在一个由工件流向钨极的直流分量，这种现象称为电弧的“整流作用”。电极和工件的熔点、沸点、导热性相差越大（如钨和铝、镁），上述不对称情况就越严重，直流分量就越大。

直流分量的存在减弱了阴极清理作用，使焊接过程困难，另外，直流分量磁通将使得焊接变压器铁芯饱和而发热，降低功率输出甚至烧毁变压器。为此要降低或消除直流分量。可在焊接回路中串接无极性的电容器组，容量按300~400μF/A计量。

3)引弧和稳弧性能差

由于交流氩弧焊的电压和电流随着时间其幅值和极性在不断地变化，每秒有100次过零，因此电弧的能量也是不断地在变化，电弧空间温度随之而改变。电

流过零时，电弧熄灭，下半周必须重新引燃，重新引燃所需的电压值与电弧空间气体残余电离度、电极发射电子能力及反向电源电压上升速度有关，因此焊接参数、电弧空间气体介质、电极材料、电源的动态特性等对交流氩弧的引弧和稳弧性，必须要采取相应的措施。

3、脉冲氩弧焊

脉冲氩弧焊是采用可控的脉冲电流来加热工件。当每一次脉冲电流通过时，工件被加热熔化形成一个点状熔池，基值电流通过时使熔池冷凝结晶，同时维持电弧燃烧。因此焊接过程是一个断续的加热过程，焊缝是由一个一个点状熔池叠加而成。电弧是脉动的，有明亮和暗淡的闪烁现象。由于采用了脉冲电流，故可以减少焊接电流平均值（交流是有效值），降低焊件的热输入。通过脉冲电流、脉冲时间和基值电流、基值时间的调节能够方便地调整热输入量大小。

实践证明，脉冲电流频率超过5kHz后，电弧具有强烈的电磁收缩效果，使得高频电弧的挺度大为增加，即使在小电流情况下，电弧亦有很强的稳定性和指向性，因此 对薄板焊接非常有效；电弧压力随着焊接电流频率的增高而增大，所以高频电弧具有很强的穿透力，增加焊缝熔深、高频电弧的振荡作用有利于晶粒细化、消除气孔，得到优良的焊缝接头。

交流脉冲氩弧焊可以得到稳定的交流氩弧，同时通过调节正负半波的占空比既满足去除氧化膜，又能得到大的熔深，钨棒烧损又最少。脉冲氩弧焊具有以下几个特点：

1)焊接过程是脉冲式加热，熔池金属高温停留时间短，金属冷凝快，可减少热敏感材料生产裂纹的倾向性；

2)焊件热输入少，电弧能量集中且挺度高，有利于薄板、超薄板焊接；接头热影响区和变形小，可以焊接0.1mm厚不锈钢薄片；

3)可以精确地控制热输入和熔池尺寸，得到均匀的熔深，适合单面焊双面成形和全位置管道焊接；

4)高频电弧振荡作用有利于获得细晶粒的金相组织，消除气孔，提高接头的力学性能；

5)高频电弧挺度大、指向性强，适合高速焊，焊接速度最高可达到3m/min，大大提高生产率。

五、钨极氩弧焊的焊接工艺参数对焊缝成形和焊接过程的影响

1、焊接电流

焊接电流是TIG焊的主要参数。在其他条件不变的情况下，电弧能量与焊接电流成正比；焊接电流越大，可焊接的材料厚度越大。有三种焊接电流可供选择：1)直流正极性，2)直流反极性，3)交流。

2、电弧电压（或电弧长度）

当弧长增加时，即电弧电压增加，焊缝熔宽和加热面积都略有增大。但弧长超过一定范围后，会因电弧热量的分散使热效率下降，电弧力对熔池的作用减小，熔宽和母材熔化面积均减小。

3、焊接速度

焊接时，焊缝获得的热输入反比于焊接速度。在其他条件不变的情况下，焊接速度越小，热输入越大，则焊接凹陷深度、熔透深度、熔宽都相应增大；反之上述参数减小。

当焊接速度过快时，焊缝易产生未焊透、气孔、夹渣和裂纹等缺陷；反之，焊接速度过慢时，焊缝又易产生焊穿和咬边现象。

4、填丝速度与焊丝直径

焊丝的填送速度与焊丝的直径、焊接电流、焊接速度、接头间隙等因素有关。一般焊丝直径大时送丝速度慢，焊接电流、焊接速度、接头间隙大时，送丝速度快。送丝速度选择不当，可能造成焊缝出现未焊透、烧穿、焊缝凹陷、焊缝余高太大、成形不光滑等缺陷。

5、保护气体流量和喷嘴直径

保护气体流量和喷嘴直径的选择是影响气保护效果的重要因素。为了获得良好的保护效果，必须使保护气体流量与喷嘴直径匹配，也就是说，对于一定直径的喷嘴，有一个获得最佳保护效果的气体流量，此时保护区范围最大，保护效果最好。如果喷嘴直径增大，气体流量也应随之增加才可得到良好的保护效果。

6、电极直径和端部形状

钨极直径的选择取决于焊件厚度、焊接电流的大小、电流种类和极性。

六、钨极氩弧焊焊接常见缺陷及预防 缺陷种类

未焊透 产生原因 焊接电流太小 焊接速度太快

送丝太快

焊接电流太大

咬 边 电弧电压太高

焊炬摆幅不均匀

送丝太少，焊接速度太快

气 孔 有风

氩气流量太小或太大

焊丝或工件太脏

氩气管内有水气

预防措施 增加焊接电流 降低焊接速度 减低送丝速度 降低焊接电流 降低弧长 保持摆幅均匀 适当增加送丝速度或降低焊接速度设法挡风 调整氩气流量 清除焊丝及工件待焊区的污物 用干燥无油的热空气吹干氩气管

焊炬漏水

进水管道或接头有漏气处

气 孔

送丝手法不好破坏了氩气保护区

钨极伸出太长或喷嘴高度太大

无高频或脉冲引装置失败

夹 钨 钨极伸出太长

加丝技术不好

焊接电流太大，钨极熔化 消除漏水处 检查气路 调整送丝手法 减少钨极伸出长度及喷嘴高度 修理或增添引弧装置 适当减少钨极伸出长度 改善填丝手法 适当降低焊接电流，或加大钨极直径

表1 钨极氩弧焊焊接常见缺陷及预防

七、钨极氩弧焊的有害因素和安全防护措施

1、氩弧焊影响人体的有害因素有三方面：

(1)放射性

钍钨极中的钍是放射性元素，但钨极氩弧焊时钍钨极的放射剂量很小，在允许范围之内，危害不大。如果放射性气体或微粒进入人体作为内放射源，则会严重影响身体健康。

(2)高频电磁场

采用高频引弧时，产生的高频电磁场强度在60~110V/m之间，超过参考卫生标准(20V/m)数倍。但由于时间很短，对人体影响不大。如果频繁起弧，或者把高频振荡器做为稳弧装置在焊接过程中持续使用，则高频电磁场可成为有害因素之一。

(3)有害气体——臭氧和氮氧化物

氩弧焊时，弧柱温度高，紫外线辐射强度远大于一般电弧焊，因此在焊接过程中会产生大量的臭氧和氮氧化物；尤其臭氧浓度远远超出参考卫生标准。如不采取有效通风措施，这些气体对人体健康影响很大，是氩弧焊最主要的有害因素。

2、安全防护措施：

(1) 通风措施

氩弧焊工作现场要有良好的通风装置，以排出有害气体及烟尘。除厂房通风外，可在焊接工作量大，焊机集中的地方，安装几台轴流风机向外排风。

此外，还可采用局部通风的措施将电弧周围的有害气体抽走，例如采用明弧排烟罩、排烟焊枪、轻便小风机等。

(2)防护射线措施

尽可能采用放射剂量极低的铈钨极。钍钨极和铈钨极加工时，应采用密封式或抽风式砂轮磨削，操作者应配戴口罩、手套等个人防护用品，加工后要洗净手脸。钍钨极和铈钨极应放在铝盒内保存。

(3)防护高频的措施

为了防备和削弱高频电磁场的影响，采取的措施有：

1)工件接地良好，焊枪电缆和地线要用金属编织线屏蔽；

2)适当降低频率；

3)尽量不要使用高频振荡器做为稳弧装置，减小高频电作用时间。

(4)其它个人防护措施

氩弧焊时，由于臭氧和紫外线作用强烈，宜穿戴非棉布工作服(如耐酸呢、柞丝绸等)。在容器内焊接又不能采用局部通风的情况下，可以采用送风式头盔、送风口罩或防毒口罩等个人防护措施。

八、钨极氩弧焊的应用

TIG焊几乎可用于所有钢材、有色金属及其合金的焊接，特别适合于化学性质活泼的金属及其合金。常用于不锈钢、高温合金、铝、镁、钛及其合金以及难熔的活泼金属（如锆、钽、钼、铌等）和异种金属的焊接。

TIG焊容易控制焊缝成形，容易实现单面焊双面成形，主要用于薄件焊接或厚件的打底焊。脉冲TIG焊特别适宜于焊接薄板和全位置管道对接焊。但是，由于钨极的载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低，TIG焊一般只用于焊接厚度在6mm以下的焊件。

九、钨极氩弧焊焊接工艺

1、焊前准备

因钨极氩弧焊的抗气孔能力最弱，必须在焊前要对焊接工件进行清理。去除工件上的油污，氧化膜等等，以保证焊缝质量。

2、焊接参数的选择

钨极氩弧焊的焊接参数，主要包括焊接电流，电弧电压，焊接速度，电极直径，保护气体流量和喷嘴直径等等参数，可参照资料查询，再通过试焊来确定。钨极氩弧焊可以使用交流，直流和脉冲电流，以适应不同材料的焊接要求。

(1)交流钨极氩弧焊

在焊接铝、镁及其合金时，一般都选择交流钨极氩弧焊。这样，可利用交流电流的负半波的阴极清理作用去除氧化膜，又可利用正半波冷却钨极来增加熔深。从而达到了去除氧化膜的目的，又在一定程度上提高了电极的载流能力，很好地解决了去除氧化膜和钨极烧损这一对矛盾，改善了这类材料的焊接性。

(2)直流钨极氩弧焊

除焊接铝、镁及其合金外，其他的金属材料一般都选择直流钨极氩弧焊。通常选用直流正接。因直流正接时既可以增加熔深，又可减小钨极烧损。

(3)脉冲钨极氩弧焊

脉冲钨极氩弧焊是经过调制而周期变化的焊接电流进行焊接的一种电弧焊方法，其中焊接电流是由脉冲电流 Ip和基值电流Ib两部分组成。当脉冲电流作用时母材熔化形成熔池，当基值电流作用时只有维持电弧在燃烧，已形成的熔池开始凝固，焊缝是由许多相互重叠的焊点组成。脉冲钨极氩弧焊分为低频（0.1hz~10Hz）、中频（10Hz~500Hz）、高频（10 kHz ~20kHz），其中低频脉冲氩弧焊应用最为普遍。该实验的电源是低频脉冲。

脉冲钨极氩弧焊的焊接参数比较多，在确定具体的焊接参数时，应先根据工件的材料，结构，板厚及焊缝的位置等再参考有关资料初步确定，然后通过试焊来观察焊缝是否符合要求，是否存在未焊透或者咬边等缺陷，根据实焊情况调整参数，直至获得合格的焊缝。

十、实训体会

我认为钨极氩弧焊比CO2气体保护焊操作容易，因为它几乎没有飞溅。在原有理论的基础上又有了进一步的实训体会与理解。实训过程中我们首先焊接低碳钢板，电源选用直流反接，电流为60~70A；接下来焊接不锈钢薄板，电流用脉冲电流，比直流反接的焊缝成形要好，在最后焊接铝时，刚开始先细心观看其他同学焊接，吸取他们焊接的经验，在焊厚的铝板时，铝板很难熔化，如果过早把铝焊丝加热，则焊丝会呈球状滴在铝板上，所以要将铝板加热很长时间才会熔化，此时再将铝焊丝填入熔池；焊接薄铝板时，铝板熔化很快，焊丝相对熔化速度比较慢，因此经常出现薄铝板被焊透的现象。这次的实训时间相对很短，如果以后有机会我还要继续提升自己的焊接技能水平，总之在闵老师的指导下受益颇深！