氩弧焊的铝及铝合金焊接工

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氩弧焊的铝及铝合金焊接工

一、铝金属性质
1．导热性强，热熔量大（约为钢的3～4倍）。
2．线膨胀系数大（约为钢的2倍）。
3．熔点低（660℃）其合金更低（铝合金系列为595℃，铝锌系列为475℃）。
4．液态和固态无颜色的变化。
5．铝合金中的锰、镁、锌等在高温极易蒸发。
6．导电率高，特别在电阻焊接中，电能的需要比焊接钢时高。
7．在常温中，其表面与空气形成一层致密的氧化膜（AI2O3），熔点在2050℃，氧化膜能吸附大量的   水分，而形成气孔，容易引起夹渣，（因氧化膜比重与铝相近）
8．氢在铝的液态和固态的溶介比为20左右，（所以若在焊接气氛中的氢含量过高便会容易产生气孔）所以在气体金属电弧焊接中，焊缝冷却速度过快，氢不易折出，而在钨极气体电弧焊接时，气孔倾向小于气体金属电弧焊接。
二.认识手工钨极氩弧焊及其设备
1．氩弧焊的原理
氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法

a)钨极氩弧焊                       b)熔化极氩弧焊
1—熔池  2一喷嘴  3一钨极  4一气体  5一焊缝  6一焊丝  7一送丝滚轮
2．氩弧焊的特点
（1）焊缝质量较高  由于氩气是惰性气体，不与金属产生化学    反应，同时氩气不溶解于液态金属，将其作为气体保护  层，使高温下被焊金属中的合金元素不会氧化烧损，并且保护效果好，因此，能获得较高的焊接质量。
（2）焊接变形与应力小，特别适宜于薄件的焊接。
（3）可焊的材料范围广，几乎所有的金属材料都可进行氩弧焊。
（4）操作技术易于掌握，容易实现机械化和自动化。
3．氩弧焊的分类
根据所用的电极材料可分为:
钨极氩弧焊(不熔化极) (用TIG表示)  ； 熔化极氩弧焊(用MIG表示)
2. 根据操作方式可分为:
手工氩弧焊； 半自动氩弧焊；自动氩弧焊
3. 根据采用的电源种类可分为:
直流氩弧焊； 交流氩弧焊
4．钨极氩弧焊设备
手工钨极氩弧焊设备由焊接电源、焊枪、供气系统、控制系统和冷却系统等部分组成

1-焊件   2-焊枪  3-遥控盒  4-冷却水  5-电源与控制系统   6-电源开关  7-流量调节器  8-氩气瓶
（1）焊接电源
钨极氩弧焊要求采用具有陡降外特性的焊接电源，有直流电源和交流电源两种。常用的直流钨极氩弧焊机有WS-250型、WS-400型等；交流钨极氩弧焊机有WSJ-150型、WSJ-500型等；交直流钨极氩弧焊机有WSE-150型、WSE-400型等。
（2）控制系统
控制系统是通过控制线路，对供电、供气与稳弧等各个阶段的动作进行控制。
手工钨极氩弧焊控制程序
（3）焊枪
焊枪的作用是装夹钨极、传导焊接电流、输出氩气流和启动或停止焊机的工作系统。焊枪分为大、中、小三种，按冷却方式又可分为气冷式和水冷式。当所用焊接电流小于150A时，可选择气冷式焊枪 见下图。
1-钨极  2-陶瓷喷嘴  3-枪体  4-短帽   5-手把  6-电缆  7-气体开关手轮 8-通气接头   9-通电接头

 
焊接电流大于150A时，必须采用水冷式焊枪见下图：
1-钨极  2-陶瓷喷嘴   3-导流件  4、8-密封圈  5-枪体   6-钨极夹头  7-盖帽   9-船形开关   10-扎线   11-手把   12-插圈   13-进气皮管   14-出水皮管   15-水冷缆管  16-活动接头   17水电接头

 
常见的焊枪喷嘴形状示意图
a）圆柱带锥形. b）圆柱带球形.c）圆锥形
（4）供气系统
1．供气系统由氩气瓶、氩气流量调节器及电磁气阀组成。
（1）氩气瓶外表涂灰色，并用绿漆标以“氩气”字样。氩气瓶最大压力为15MPa，容积为40L。
（2）电磁气阀是开闭气路的装置，由延时继电器控制，可起到提前供气和滞后停气的作用。
（3）氩气流量调节器起降压和稳压的作用及调节氩气流量。氩气流量调节器的外形如右图。

（5）冷却系统用来冷却焊接电缆、焊枪和钨极。如果焊接电流小于150A可以不用水冷却。使用的焊接电流超过150A时，必须通水冷却，并以水压开关控制。
2．钨极氩弧焊的焊接材料
钨极氩弧焊的焊接材料主要有钨极、氩气和焊丝。
（1）钨极氩弧焊时钨极作为电极起传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧的作用。目前所用的钨极材料主要有以下几种。
a.  纯钨极其牌号是Wl、W2，纯度99.85%以上。纯钨极要求焊机空载电压较高，使用交流电时，承载电流能力较差，故目前很少采用。为了便于识别常将其涂成绿色。
b.钍钨极其牌号是WTh-10、WTh-15，是在纯钨中加入1％～2%的氧化钍(ThO2)而成。钍钨极电子发射率提高，增大了许用电流范围，降低了空载电压，改善引弧和稳弧性能，但是具有微量放射性。为了便于识别常将其涂成红色。
c.铈钨极其牌号是Wce-20，是在纯钨中加入2%的氧化铈(CeO)而成。铈钨极比钍钨极更容易引弧，使用寿命长，放射性极低，是目前推荐使用的电极材料。为了便于识别常将其涂成灰色。
钨极的规格：长度范围供给，在76～610mm之间；
常用的直径为0.5、1.0、1.6、2.0、2.4、3.2、4.0、5.0、6.3、8.0、10mm多种。钨极端部的形状
 
 
a) 圆锥形 .   b)圆台形 .  c)球形
（2）氩气惰性气体，氩气的密度比空气大，可形成稳定的气流层，覆盖在熔池周围，对焊接区有良好的保护作用。氩弧焊对氩气的纯度要求很高，按我国现行标准规定，其纯度应达到99.99%。
焊接用氩气以瓶装供应，其外表涂成灰色，并且标注有绿色“氩气”字样。氩气瓶的容积一般为40L，最高工作压力为15MPa。使用时，一般应直立放置。
（3）焊丝氩弧焊用焊丝主要分钢焊丝和有色金属焊丝两大类。焊丝可按GB/T8110-1995《气体保护电弧焊用碳、低合金钢焊丝》和YB/T5092-1996《焊接用不锈钢焊丝》选用。焊接有色金属一般采用与母材相当的焊丝。氩弧焊用焊丝直径主要有0.8、1.0、1.2、1.4、1.5、1.6、2.0、2.4、2.5、4.0、5.0、6.0mm等十余种规格，多选用直径2.0～4.0mm的焊丝。
三．手工钨极氩弧相关知识
（1）焊接电源的种类和极性
钨极氩弧焊可以采用交流或直流两种焊接电源，采用哪种电源与所焊金属或合金种类有关；采用直流电源时还要考虑极性的选择。
 
a）直流反接                    b）直流正接
采用直流反接时，焊件是阴极，质量较大的氩正离子流向焊件，撞击金属熔池表面，可将铝、镁等金属表面致密难熔的氧化膜击碎，这种现象称为“阴极破碎”作用。
但是直流反接时，钨极因接正极温度较高，容易过热或烧损。所以，铝、镁及其合金一般不采用直流反接，而应尽可能使用交流电进行焊接。
采用直流正接，没有“阴极破碎”作用，故适用于焊接不锈钢、耐热钢、钛、铜及其合金。
 
 
电源种类和极性的选择
电源种类和极性
被焊金属材料
直流正接
低碳刚，低合金刚，不锈钢，耐热刚和铜，钛及合金
直流反接
适用各种金属的熔化极氩弧焊，钨极氩弧焊很少采用
交流电源
铝，镁及其合金

（2）钨极直径与焊接电流
钨极直径应根据焊接电流大小而定，焊接电流通常根据焊件的材质、厚度来选择。
 
不同的电源极性和不同的钨极直径所对应的许用电流
铈钨极直径mm
许用电流范围A
电源极性
 
1.0
1.6
2.4
3.2
4.0
直流正接
15～80
70～150
150～250
250～400
400～500
直流反接
15～80
10～20
15～30
25～40
40～55
交流电源
20～60
60～120
100～180
160～250
200～320

铝合金手工钨极氩弧焊的焊接电流
材料厚度（mm）
钨极直径（mm）
焊丝直径（mm）
焊接电流（A）
1.5
2
2
70～80
2.0
2～3.2
2
90～120
3.0
3～4
2
120～130
4.0
3～4
2.5～3
120～140

（3）电弧电压
电弧电压主要由弧长决定。电弧长度增加，容易产生未焊透的缺陷，并使保护效果变差，因此应在电弧不短路的情况下，尽量控制电弧长度，一般弧长近似等于钨极直径。
（4）焊接速度
焊接速度通常是由焊工根据熔池的大小、形状和焊件熔合情况随时调节。过快的焊接速度会使气体保护氛围破坏，焊缝容易产生未焊透和气孔；焊接速度太慢时，焊缝容易烧穿和咬边。
（5）氩气流量与喷嘴直径
喷嘴直径的大小，直接影响保护区的范围，一般根据钨极直径来选择。按生产经验：2倍的钨极直径再加上4mm即为选择的喷嘴直径。
流量合适时，熔池平稳，表面明亮无渣，无氧化痕迹，焊缝成形美观；流量不合适，熔池表面有渣，焊缝表面发黑或有氧化皮。氩气的合适流量为0.8～1.2倍的喷嘴直径。
（6）喷嘴与焊件间的距离
喷嘴与焊件间的距离以8～14mm为宜。距离过大，气体保护效果差；若距离过小，虽对气体保护有利，但能观察的范围和保护区域变小。
（7）钨极伸出长度
为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部应突出喷嘴以外，其伸出长度一般为3～4mm。伸出长度过小，焊工不便于观察熔化状况，对操作不利；伸出长度过大，气体保护效果会受到一定的影响。
操作提示：
用焊点试验法来判断气体保护效果,具体的方法是在铝板上点焊。电弧引燃后焊枪固定不动，待燃烧5～10s后断开电源。这时铝板上焊点周围因受到“阴极破碎”作用，出现银白色区域，这就是气体有效保护区域，称为去氧化膜区，其直径越大，说明保护效果好。
 
1—钨极、2—焊枪、3—焊件
在生产实际中也可以通过直接观察焊缝表面色泽和是否存在气孔来判定气体保护效果如何，见下表。
不锈钢，铝合金气体保护效果的判断
焊接材料
最好
良好
较好
最坏
不锈钢
银白，金黄
蓝色
红灰
黑色
铝合金
银白色
 
 
黑灰色
 
2．手工钨极氩弧焊操作要点
（1）引弧通常手工钨极氩弧焊机本身具有引弧装置（高压脉冲发生器或高频振荡器），钨极与焊件并不接触保持一定距离，就能在施焊点上直接引燃电弧。如没有引弧装置操作时，可使用纯铜板或石墨板作引弧板，在其上引弧，使钨极端头受热到一定温度（约1s），立即移到焊接部位引弧焊接。这种接触引弧，会产生很大的短路电流，很容易烧损钨极端头。
（2）持枪姿势和焊枪、焊件与焊丝的相对位置
 
 
焊枪、焊件与焊丝的相对位置
 
一般焊枪与焊件表面成70°～80°左右的夹角，填充焊丝与焊件表面为15°～20°
（3）右焊法与左焊法右焊法适用于厚件的焊接，焊枪从左向右移动，电弧指向已焊部分，有利于氩气保护焊缝表面不受高温氧化。
左焊法适用于薄件的焊接，焊枪从右向左移动，电弧指向未焊部分有预热作用，容易观察和控制熔池温度，焊缝形成好，操作容易掌握。一般均采用左焊法。
（4）焊丝送进方法一种方法是以左手的拇指、食指捏住，并用中指和虎口配合托住焊丝便于操作的部位。需要送丝时，将弯曲捏住焊丝的拇指和食指伸直如下b图，即可将焊丝稳稳地送入焊接区，然后借助中指和虎口托住焊丝，迅速弯曲拇指、食指，向上倒换捏住焊丝如下a图，如此反复的填充焊丝。
 
 
 
另一种方法如下图所示夹持焊丝，用左手拇指、食指、中指配合动作送丝，无名指和小手指夹住焊丝控制方向，靠手臂和手腕的上、下反复动作，将焊丝端部的熔滴送入熔池，全位置焊时多用此法。
 
 
（5）收弧一般氩弧焊机都配有电流自动衰减装置，收弧时，通过焊枪手柄上的按钮断续送电来填满弧坑。若无电流衰减装置时，可采用手工操作收弧，其要领是逐渐减少焊件热量，如改变焊枪角度、稍拉长电弧、断续送电等。收弧时，填满弧坑后，慢慢提起电弧直至熄弧，不要突然拉断电弧。
熄弧后，氩气会自动延时几秒钟停气，以防止金属在高温下产生氧化。

四 . 任务实施，焊工检测
1．焊前准备
（1）焊接设备  型钨极氩弧焊机。
（2）氩气瓶及氩气流量调节器（型）
（3）铈钨极直径为mm。
（4）气冷式焊枪  型。
（5）焊件（材料），长×宽×厚为××mm。
（6）焊丝牌号 ，直径为  mm。
（7）焊件与焊丝清理：                          .
2、调试焊机
1）分别开启气阀和电源开关，若无无异常情况，可调节焊接电流为A，氩气流量为L/min。
2）正式操作前，通过短时焊接，对设备进行一次负载检查，检查气路和电路系统工作是否正常。
3、确定焊接工艺参数
 
焊接工艺参数
焊接层次
钨极直径/mm
喷嘴直径/mm
钨极伸出长度/mm
氮气流量/L.min
焊丝直径/mm
焊接电流/A
底层焊

盖面焊

4、焊接操作
（1）打底层焊接
采用左焊法，焊丝、焊枪与焊件之间的角度，见下图所示.
 
 
起焊时，将稳定燃烧的电弧移向定位焊缝的边缘，用焊丝迅速触及焊接部位进行试探，当感到该部位变软开始熔化时，立即填加焊丝，焊丝的填充一般采用断续点滴填充法，同时，焊枪向前作微微摆动。焊接过程中，若焊件间隙变小时，则应停止填丝，将电弧压低1～2mm，直接进行击穿；当间隙增大时，应快速向熔池填加焊丝，然后向前移动焊枪。一根焊丝用完后，焊枪暂不抬起，按下电流衰减开关，左手迅速更换焊丝，将焊丝端头置于熔池边缘之后，启动正常焊接电流，继续进行焊接。
（2）盖面焊
盖面层焊接应适当加大焊接电流，可选择比打底层焊接时稍大些的钨极直径及焊丝。操作时，焊丝与焊件间的角度尽量减小，焊枪作小锯齿形横向摆动。
（3）焊后关闭气路和电源，并清理操作现场
焊接质量评定表

五 . 技术指导
问题1. 操作过程中，若不慎焊丝与钨极相触碰怎么办？
回答：如果焊丝与钨极相触碰，发生瞬间短路造成焊缝污染和夹钨。应立即停止焊接，用砂轮磨掉被污染处，直至露出金属光泽，被污染的钨极要重新磨尖后，方可继续施焊。
问题2. 手工钨极氩弧焊的氩气流量大小对焊缝质量有何影响？
回答：如果氩气流量过小，容易产生气孔、焊缝被氧化等缺陷；若氩气流量过大，则会产生紊流，使空气卷入焊接区，降低保护效果。在生产实践中，孔径在12～20mm的喷嘴，最佳氩气流量范围为8～16L/min。
问题3. 手工钨极氩弧焊时，如何判断焊接电流是否合适？
回答：焊接电流合适时，钨极端部的电弧呈半球状（下图a），此时电弧稳定，焊缝成形良好；焊接电流过小时，钨极端部电弧偏移，此时电弧飘动（下图b）；焊接电流过大时，钨极端部发热，钨极的部分熔化脱落到熔池中（下图c）形成夹钨等缺陷，并且电弧不稳，焊接质量差。
 
 
a）焊接电流正常     b）焊接电流过小     c）焊接电流过大
问题4. 手工钨极氩弧焊过程中应该注意哪些事宜？
回答：打底焊时，应尽量采用短弧焊接，填丝量要少，焊枪尽可能不摆动，当焊件间隙较小时，可直接进行击穿焊接；如果定位焊缝有缺陷，必须将缺陷磨掉，不允许用重熔的办法来处理定位焊缝上的缺陷。
盖面焊时，填充焊丝要均匀，快慢适当。过快焊缝余高大；过慢则焊缝下凹和咬边。焊至收尾处焊件温度会提高很多，这时就应适当加快焊接速度，收弧时多送几滴熔滴填满弧坑，防止产生弧坑裂纹。
手工钨极氩弧焊是双手同时操作，这一点有别于焊条电弧焊。操作时，双手配合协调显得尤为重要。因此，应加强这方面的基本功训练。
问题5. 怎样正确使用手工钨极氩弧焊机？
回答：焊工工作前，应看懂焊接设备使用说明书，掌握焊接设备一般构造和正确的使用方法；焊机应按外部接线图正确连接，并检查铭牌电压值与网路电压值必须相符，外壳必须可靠接地；焊机使用前，必须检查水路、气路的连接是否良好，以保证焊接时正常供水、气；工作完毕或临时离开工作现场，必须切断电源，关闭水源及气瓶阀门。
问题6. 手工钨极氩弧焊机常见哪些故障？怎样排除？
回答：钨极氩弧焊机常见故障有水、气路堵塞或泄漏；焊枪钨极夹头未旋紧，引起电弧不稳；焊件与地线接触不良或钨极不洁引不起弧；焊机熔断器断路、焊枪开关接触不良使焊机不能正常启动；焊机内部电子元件损坏或其他机械设备故障等。常见故障及排除方法列于下表。
钨极氩弧焊机常见故障、产生原因及排除方法