交流鎢極氬弧焊

交流鎢極氬弧焊交流正弦波TIG焊

鋁合金交流正弦鎢極氬弧焊的典型電流、電壓波形如所示，可以看出：電弧電壓波形與正弦波相差很大。電弧是非線性電阻。當(dāng)電弧重新引燃的瞬時(shí)，電流很小而電弧電壓數(shù)值較高，得到電弧電壓波形。電源電壓波形是正弦波形，電弧電流也是正弦波形。交流鎢極氬弧焊的電弧主要有以下兩個(gè)特點(diǎn)。其一是由于電弧每秒有100次過零，電弧每秒熄滅100次。當(dāng)焊接電流較小時(shí)．在每個(gè)半波中焊接電流按正弦波變化由從小到大而后又逐漸減小為零，則電弧空間溫度下降，電弧空間的電離度也隨之降低，使電弧的穩(wěn)定性變差。在每個(gè)半波都要重新引然電弧，在鎢極為負(fù)的半波較高溫度的鎢極發(fā)射電子的能力很強(qiáng)，因此當(dāng)電極極性由鋁板為負(fù)變成鎢極為負(fù)時(shí)，電弧的再引燃電壓Urip較小，電弧電流過零，電弧的再引燃電壓Urip小于瞬時(shí)電源電壓值，則電弧可以可靠地再引燃。而當(dāng)交流電流由鎢極為負(fù)變成工件為負(fù)的瞬間因電流減小，電弧空間及電極的溫度下降．同時(shí)鋁板的熔點(diǎn)很低，發(fā)射電子的能力很差，則電弧再引燃電壓數(shù)值很高。一般情況下此時(shí)的再引燃Urip很高．要大于該瞬時(shí)電源電壓數(shù)值。此時(shí)如不采取特殊的穩(wěn)弧措施，電弧就要熄滅，因此交流鎢極氬弧焊的第一個(gè)問題是焊接過程中的穩(wěn)弧問題。為保證交流電弧穩(wěn)定燃燒，在交流鎢極氬弧焊時(shí)，當(dāng)焊接電流由鎢極為負(fù)變?yōu)殇X板為負(fù)的瞬間，必須加以高壓重新引燃電弧，否則電弧就要熄滅，只有采取穩(wěn)弧措施，電弧才能穩(wěn)定燃燒。交流鎢極氬弧焊時(shí)，鋁板與鎢極發(fā)射電子能力的差異，造成兩半波電弧電壓數(shù)值也有一定的差別，鎢極為負(fù)半波電弧電壓的數(shù)值也較低 不僅兩半波電弧電壓波形有很大的差別，同時(shí)其正、負(fù)半波電流波形也有很大的差異。當(dāng)鎢極為負(fù)半波時(shí)，因鎢極發(fā)射電子能力強(qiáng)，有較大的電流，而鋁為負(fù)半波時(shí)電流較小。又因鎢極為負(fù)半波的電弧電壓低，在較低電壓數(shù)值時(shí)，還可以維持電弧燃燒，而鋁為負(fù)半波必須用較高的電壓數(shù)值維持電弧燃燒，因此鎢極為負(fù)半波比鋁為負(fù)半波電弧引燃時(shí)間長(zhǎng)，再加上鎢極為負(fù)半波時(shí)電流的幅值高，導(dǎo)致正負(fù)半彼電流不對(duì)稱，在交流焊接回路中存在一個(gè)由工件流向鎢極的直流分量, 即圖1所示的Idc這種現(xiàn)象稱為電弧的“整流作用。電極和工件的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，導(dǎo)熱性相差越大（如鎢和鋁、鎂），上述不對(duì)稱情況就越嚴(yán)重，直流分量就越大。直流分量的存在削弱了陰極清理作用．使焊接過程困難，另外，直流分量磁通將使得焊接變壓器鐵心飽和而發(fā)熱，降低功率輸出甚至燒毀變壓器。為此要降低或消除直流分量，可在焊接回路中串接無極性的電容器組，容量按300-400uF/A計(jì)量。

交流鎢極氬弧焊交流矩形波TIG焊

采用交流矩形電流波形一方面能有效改善交流電弧的穩(wěn)定性，另一方面能合理分配鎢極和工件之同的熱量，在滿足陰極清理的條件下，能最大限度地減少鎢極燒損，并獲得滿意的熔深。交流矩形波形過流后電流增長(zhǎng)快，電弧重燃容易，有兩種交流矩形電流波形，如圖1示，其中占空比β對(duì)鋁、鎂合金的焊接有重要影響。

當(dāng)β增大時(shí)，陰極清理作用加強(qiáng)，但工件得到的熱量減少，熔池淺而寬。鎢極燒損加大；反之，β減小時(shí)，陰極清理作用稍有減弱．熔深增加，且鎢極燒損顯著下降。一般β在10%－50%范圍內(nèi)調(diào)整。

另外，在工件為負(fù)時(shí)的電流值對(duì)陰極清理作用影響很大。當(dāng)增大Tn半波的電流值時(shí)可進(jìn)一步減少Tn的時(shí)間，在滿足工件表面去除氧化膜的同時(shí)．使交流TIG電弧的穩(wěn)定性大大提高，并將鎢極燒損減少到最小程度。這種焊接電流波形稱為變極性交流矩形波TIG焊。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在工件為負(fù)半波時(shí)其電流數(shù)值對(duì)陰極清理作用影響更大。如果增大Tn.半波的電流值（圖2b）．可進(jìn)一步減少Tn時(shí)間，滿足工件表面去除氧化膜的要求，而使交流氬弧的穩(wěn)定性大大提高，鎢極的燒損減小到最小程度。圖3顯示了Tn期間其電流大小和時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)陰極清理作用的影響。矩形波交流氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)是：

1）由于矩形波過零后電流增長(zhǎng)快，再引燃容易，和一般正弦波相比，大大提高了穩(wěn)弧性能。

2）可根據(jù)焊接條件選擇最小而必要的β，使其既能滿足清理氧化膜的需要．又能獲得最大的熔深和最小的鎢極損耗。

1.對(duì)氣體的控制：要求氣體先來后走，氬氣是較易被擊穿的惰性氣體，先在工件與電極針間充滿氬氣，有利于起??；焊接完成后，保持送氣，有助于防止工件迅速冷卻防止氧化，保證了良好的焊接效果。

2.電流的手開關(guān)控制：要求按下手開關(guān)時(shí)，電流較氣延遲，手開關(guān)斷開（焊接結(jié)束后），根據(jù)要求延時(shí)供氣電流先斷。

3.高壓的產(chǎn)生與控制：氬弧焊機(jī)采用高壓起弧的方式，則要求起弧時(shí)有高壓，起弧后高壓消失。

4.干擾的防護(hù)：氬弧焊的起弧高壓中伴有高頻，其對(duì)整機(jī)電路產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，要求電路有很好的防干擾能力。

當(dāng)工件為負(fù)極時(shí)，表面生成的氧化膜逸出功?。装l(fā)射電子，所以陰極斑點(diǎn)總是優(yōu)先在氧化膜處形成。工件為冷陰極材料時(shí)，陰極區(qū)有很高的電壓降，因此陰極斑點(diǎn)能量密度相當(dāng)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陽極。正離子在陰極電場(chǎng)作用下高速撞擊氧化膜，使得氧化膜破碎、分解而被清理掉，接著陰極斑點(diǎn)又在鄰近氧化膜上發(fā)射電子，繼而又被清理，陰極斑點(diǎn)始終在金屬表面的氧化膜上游動(dòng)，被清理的氧化膜面積也不斷地?cái)U(kuò)大，直到不在氬氣所能保護(hù)的范圍內(nèi)。清理作用的強(qiáng)弱與陰極區(qū)的能量密度和正離子質(zhì)量有關(guān)，能量密度越高，離子質(zhì)量越大，清理效果越好。正接時(shí)，工件轉(zhuǎn)為陽極不存在清除氧化膜的功能。

使用直流正接法時(shí)沒有陰極清理作用，無法焊接那些容易被氧化的鋁、鎂及其合金。雖然直流反接法具有陰極清理作用能夠焊接鋁、鎂及其合金，直流反接時(shí)的焊縫熔深深、縫寬大，但增加焊接電流，又受到鎢極易燒損的限制、故這類金屬多采用交流TIG焊，主要的原因是利用交流正半周期鎢極發(fā)射電子有利于電弧的穩(wěn)定，而交流負(fù)半周期有工件表面的陰極清理作用焊縫清理后周圍的白邊，就是清理作用把母材表面氧化膜去除的痕跡。發(fā)生的范圍是在惰性氣體充分包圍的地方，如混入空氣就不發(fā)生這種作用。當(dāng)惰性氣體流量不足或保護(hù)欠佳時(shí)，其作用范圍就會(huì)減少。

交流電流的極性是在周期性地變換，相當(dāng)于在每個(gè)周期里半波為直流正接，半彼為直流反接。正接的半波期間鎢極可以發(fā)射足夠的電子而又不致于過熱，有利子電弧的穩(wěn)定。反接的半波期間工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而獲得表面光亮美觀、成形良好的焊縫。這樣，同時(shí)兼顧了陰極清理作用和鎢極燒損少、電弧穩(wěn)定性好的效果，對(duì)于活潑性強(qiáng)的鋁、鎂、鋁青銅等金屬及其合金一般都選用交流氬弧焊。

鎢極氬弧焊按操作方法可分為手工鎢極氬弧焊和機(jī)械化焊接兩種。對(duì)于直線焊縫和規(guī)則的曲線焊縫，可采用機(jī)械化焊接。而對(duì)于不規(guī)則的或較短的焊縫，則采用手工鎢極氬弧焊。使用較多的是直流手工鎢極氬弧焊，直流鎢極氬弧焊通常分為兩種：

鎢極氬弧焊直流反極性

在鎢極氬弧焊中，雖很少用直流反極性，但是，它有一種去除氧化膜作用。所謂去除氧化膜作用，在交流焊的反極性半波也同樣存在，它是成功地焊接鋁、鎂及其合金的重要因素。鋁、鎂及其合金的表面存在一層致密難熔的氧化膜覆蓋在焊接熔池表面，如不及時(shí)清除，焊接時(shí)會(huì)造成未熔合，在焊縫表面還會(huì)形成皺皮或產(chǎn)生內(nèi)氣孔、夾渣，直接影響焊接質(zhì)量。實(shí)踐證明，反極性時(shí)，被焊金屬表面的氧化膜在電弧的作用下，可以被清除掉而獲得成形美觀的焊縫。這種作用要求陰極斑點(diǎn)的能量密度要很高和被質(zhì)量很大的正離子撞擊，致使氧化膜破碎。

鎢極氬弧焊直流正極性

直流正極性時(shí)，焊件接正極，焊件接受電子轟擊放出的全部動(dòng)能和逸出功，產(chǎn)生大量的熱，因此熔池深而窄，生產(chǎn)率高，焊件的收縮和變形都小。當(dāng)采用直流正極性時(shí)，鎢極是陰極，鎢極的熔點(diǎn)高，在高溫時(shí)電子發(fā)射能力強(qiáng)，電弧燃燒穩(wěn)定性好。除焊接鋁、鎂及其合金外，一般均采用直流正極性接法進(jìn)行焊接。

鎢極氬弧焊，以人工或自動(dòng)操作都適宜，且能用于持續(xù)焊接、間續(xù)焊接（有時(shí)稱為‘跳焊’）和點(diǎn)焊，因?yàn)槠潆姌O棒是非消耗性的，故可不需加入熔填金屬而僅熔合母材金屬做焊接，然而對(duì)于個(gè)別的接頭，依其需要也許需使用熔填金屬。

鎢極氬弧焊是一種全姿勢(shì)位置焊接方式，且特別適于薄板的焊接—經(jīng)?？杀≈?.005英寸。

鎢極氬弧焊的特性使其能使用于大多數(shù)的金屬和合金的焊接，可用鎢極氬弧焊焊接的金屬包括碳鋼、合金鋼、不銹鋼、耐熱合金、難熔金屬、鋁合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鎳合金、鈦合金和鋯合金等等。

鉛和鋅很難用鎢極氬弧焊方式焊接，這些金屬的低熔點(diǎn)使焊接控制極端的困難，鋅在1663F汽化，而此溫度仍比電弧溫度低很多，且由于鋅的揮發(fā)而使焊道不良，表面鍍鉛、錫、鋅、鎘或鋁的鋼和其它在較高溫度熔化的金屬，可用電弧焊接，但需特殊的程序。

在鍍層的金屬中的焊道由于“交互合金”的結(jié)果。很可能具有低的機(jī)械性質(zhì)為防止在鍍層的金屬焊接中產(chǎn)生交互合金作用，必須將要焊接的區(qū)域的表面鍍層清除，焊接后在修補(bǔ) 。

脈沖鎢極氬弧焊是由焊接電源向電弧提供按一定規(guī)律變化的脈沖電流進(jìn)行焊接的方法。

P-TIG是Pulsed-TIG的簡(jiǎn)寫，代表脈沖鎢極氬弧焊。它焊接過程是由基本電流維持電弧穩(wěn)定燃燒，用可控的脈沖電流加熱熔化工件，每一個(gè)脈沖形成一個(gè)點(diǎn)狀熔池，脈沖間隙熔池凝固成焊點(diǎn)，下一個(gè)脈沖電流作用時(shí)，在已部分凝固的焊點(diǎn)上又有部分填充金屬和母材金屬被熔化，形成新的熔池，通過焊速和脈沖間隙的調(diào)節(jié)，得到相互搭接的焊點(diǎn)，最后獲得連續(xù)焊縫。

脈沖鎢極氬弧焊是通過調(diào)節(jié)脈沖頻率、脈沖寬度比、脈沖電流值等參數(shù)來控制熱輸入量的大小進(jìn)行控制熔池的體積、熔深、熱影響區(qū)大小，最后達(dá)到完美的焊縫成形。2100433B