先進(jìn)焊接與連接技術(shù)1項(xiàng)目5先進(jìn)鎢極氬弧焊技術(shù)先進(jìn)焊接與連接技術(shù)2【項(xiàng)目導(dǎo)入】鎢極氬弧焊，簡(jiǎn)稱TIG焊（TungstenInertGasArcWelding），可以焊接例如鎳合金、鋁合金、鈦合金等幾乎所有合金或金屬等諸多優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。但TIG焊也有如焊接速度慢，焊接熔深淺，熔敷效率低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致TIG焊只適用于薄壁制件，影響了生產(chǎn)效率，故應(yīng)用受到了限制。近年來(lái)，一些新型TIG焊接技術(shù)逐步誕生，彌補(bǔ)了TIG焊電弧能量分散，焊接熔深淺等缺點(diǎn)，例如活性鎢極氬弧焊（ActivatingFluxTIGwelding，簡(jiǎn)稱A-TIG)、熱絲TIG焊(Hot-wireTIGwelding)、TOP-TIG焊等多種先進(jìn)鎢極氬弧焊方法?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1.能夠掌握各種先進(jìn)鎢極氬弧焊方法的基本知識(shí)。2.能夠熟悉不同的先進(jìn)鎢極氬弧焊焊接方法在實(shí)際生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)和局限性。3.能夠熟悉各種先進(jìn)鎢極氬弧焊焊接設(shè)備的組成。4.能夠掌握各種先進(jìn)鎢極氬弧焊主要工藝參數(shù)以及對(duì)焊縫成形的影響。5.根據(jù)典型應(yīng)用舉例，熟悉先進(jìn)鎢極氬弧焊工藝過(guò)程。6.通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠初步掌握先進(jìn)方法的基本操作任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用先進(jìn)焊接與連接技術(shù)3任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用任務(wù)解析通過(guò)完成本任務(wù)，使學(xué)生能夠根據(jù)初步掌握A-TIG焊技術(shù)，掌握A-TIG焊接原理及優(yōu)點(diǎn)，熟悉A-TIG焊接的應(yīng)用情況。學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)知識(shí)掌握A-TIG操作方法，了解A-TIG焊接中活性劑的基本知識(shí)和成形效果，了解A-TIG熔深增強(qiáng)機(jī)理內(nèi)容。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)4任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用必備知識(shí)一、A-TIG焊原理、優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用(一)A-TIG焊原理所謂活性鎢極氬弧焊(ActivatingfluxTIGwelding，簡(jiǎn)稱A-TIG)即指“活性化TIG焊”。活性化焊接是把某種物質(zhì)成分的活性劑涂敷在焊件母材焊接區(qū)，正常規(guī)范下完成焊接的新型焊接方法,使用活性劑可以使焊縫熔深比常規(guī)TIG焊增加1-2倍，單面焊雙面成形，大大提高焊接效率，降低焊接成本。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)5任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用（a）常規(guī)TIG焊（b）A-TIG焊與普通TIG焊相比，活性化焊接突出的優(yōu)點(diǎn)是在同等規(guī)范下能夠獲得較大的熔深，對(duì)于6mm的不銹鋼板，普通TIG焊單道焊一次焊接的熔深最多可達(dá)到3mm，而A-TIG焊能夠一次焊透，對(duì)焊接效率的提高非常明顯。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)6任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用

（a）常規(guī)TIG焊（b）A-TIG焊先進(jìn)焊接與連接技術(shù)7任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用(二)A-TIG焊優(yōu)點(diǎn)1.A-TIG焊的優(yōu)點(diǎn)（1）在A-TIG焊接工藝中可以不開(kāi)設(shè)坡口，焊接時(shí)無(wú)需填加焊絲即可滿足焊接要求。（2）與傳統(tǒng)手工電弧焊、鎢極氬弧焊等方法比較，A-TIG焊具有焊縫熔深大、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量可靠。（3）與先進(jìn)的電子束焊接、激光焊接相比，A-TIG焊因活性劑原料來(lái)源豐富、價(jià)格經(jīng)濟(jì)，不用專門(mén)購(gòu)買(mǎi)昂貴的專用焊接設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，使其具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。（4）減少焊接變形。與傳統(tǒng)的開(kāi)坡口多層多道TIG焊相比，A-TIG焊采用不開(kāi)坡口直接對(duì)接焊接，焊道收縮量很小，焊后變形因而減少。對(duì)于薄板而言，A-TIG焊由于減少了熱輸入，也相應(yīng)地減小了焊接變形，如圖5-3所示。

（a）常規(guī)TIG焊（b）A-TIG焊先進(jìn)焊接與連接技術(shù)8任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用（5）消除了各爐次鋼板由于微量元素差異而造成的焊縫熔深差異。例如，傳統(tǒng)TIG焊焊接低硫（質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.002%）不銹鋼時(shí)，熔深通常較淺，而采用A-TIG焊，則可以獲得熔深大的焊縫。A-TIG焊得到的焊縫，其正反面熔化寬度比例更趨合理，熔寬均勻穩(wěn)定，由于焊件散熱條件或者夾具(內(nèi)漲環(huán))壓緊程度不一致所導(dǎo)致的背面出現(xiàn)蛇形焊道及不均勻熔透（或非對(duì)稱焊縫)的程度減低，對(duì)保證焊縫使用性能有利。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)9任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用(三)A-TIG焊的應(yīng)用A-TIG焊接技術(shù)作為一種新型先進(jìn)材料連接技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，己經(jīng)成功應(yīng)用在電力、汽車、船舶、航天、化工等重要工業(yè)領(lǐng)域中。目前A-TIG焊己經(jīng)可以比較成熟的用于焊接碳鋼、不銹鋼、鈦合金和鎳基合金等金屬材料，尤其是焊接需要單面焊雙面成形的大厚板/管道試件，可以形成具有良好的反面成型的焊縫，這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是其他常規(guī)焊接方法所不能比擬的。

1.在管道全位置焊接中的應(yīng)用情況核電、鍋爐、壓力容器等工業(yè)領(lǐng)域的管道全位置焊接包括平焊、上坡焊、下坡焊、仰焊等過(guò)程，傳統(tǒng)焊接方法由于焊縫成形條件不斷變化，焊接熔池在各點(diǎn)受力不均勻，易出現(xiàn)飛濺、燒損管口等缺陷，而且填充坡口所需的焊絲量較大，這成為全位置焊接發(fā)展的瓶頸。而將活性劑刷涂于待焊焊道表面，使用全位置焊機(jī)進(jìn)行焊接，可以一次焊透，突破了全位置焊機(jī)只能焊接薄壁管和焊接厚壁管時(shí)需開(kāi)坡口的局限性，減小了焊絲填充量，可以高效率地實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)化焊接單面焊雙面成型，如圖5-4所示。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)10任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用圖5-4A-TIG焊在壓力管道全位置焊接中的應(yīng)用先進(jìn)焊接與連接技術(shù)11任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用2.在窄間隙焊接中的應(yīng)用情況隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的日趨大型化發(fā)展趨勢(shì)，厚板、超厚板焊接金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也愈來(lái)愈廣泛。壓力容器、鍋爐、重型機(jī)械、海洋結(jié)構(gòu)和造船、核電站主回路等設(shè)備制造過(guò)程中經(jīng)常需要焊接大于50mm的大厚板，窄間隙A-TIG焊接因焊接線能量小、電弧穩(wěn)定性好、焊接缺陷少、焊縫強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大幅度減小坡口間隙。目前的A-TIG焊工藝己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不銹鋼、高溫合金、易氧化的非鐵金屬及其合金、鈦及鈦合金以及難熔的活性金屬等材料的窄間隙焊接。蘭州理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、寶山鋼鐵股份有限公司等在這方面進(jìn)行了積極的探索，其科研成果在一定程度上推動(dòng)了國(guó)內(nèi)TIG窄間隙活性焊接技術(shù)的進(jìn)步。而作為窄間隙焊接關(guān)鍵技術(shù)的窄間隙TIG焊槍，目前己經(jīng)可以買(mǎi)到性能優(yōu)良的成熟產(chǎn)品，其中比較好的廠家有法國(guó)Polysoude公司、瑞典ESAB公司、加拿大Liburdi公司及日本Babcock-Hitachi公司等，其中法國(guó)Polysoude公司的產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上占有較大的份額。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)普通的TIG焊槍的廠家眾多，但生產(chǎn)高質(zhì)量的窄間隙TIG焊槍的廠家較少，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間的占有率較低，如圖5-5所示。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)12任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用圖5-5A-TIG焊在核電設(shè)備窄間隙焊接中的應(yīng)用先進(jìn)焊接與連接技術(shù)13任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用3.在其他特種焊接形式中的應(yīng)用情況A-TIG焊接在連續(xù)焊接中己經(jīng)有很成功的應(yīng)用，但在點(diǎn)焊方面的應(yīng)用研究不多。A-TIG點(diǎn)焊作為一種點(diǎn)焊新方式，具有A-TIG焊的眾多優(yōu)點(diǎn)，在相同厚度下由于活性劑的熔深增加作用，所需的熱輸入減少，熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接質(zhì)量較高。其所需的設(shè)備簡(jiǎn)單、耗電少、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，適用于焊接不銹鋼薄板結(jié)構(gòu)及對(duì)熱敏感材料的焊接，尤其適合于厚度相差非常大的焊件焊接及異種鋼種的搭接焊。蘭州理工大學(xué)將A-TIG點(diǎn)焊應(yīng)用于低碳鋼和不銹鋼的搭接，得出A-TIG點(diǎn)焊法的最佳工藝參數(shù)并制定了活性焊接工藝規(guī)程；中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司將A-TIG點(diǎn)焊用于Q235A碳鋼上，探討了焊接電流、弧長(zhǎng)和點(diǎn)焊時(shí)間等參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)成形的影響，技術(shù)探索方面，活性點(diǎn)焊技術(shù)己經(jīng)在汽車工業(yè)中替代了部分電阻點(diǎn)焊、激光點(diǎn)焊等點(diǎn)焊方法。相信隨著將來(lái)對(duì)活性點(diǎn)焊法的深入研究，活性點(diǎn)焊法將成為航空航天、精密電子器件、汽車船舶等領(lǐng)域的一種具有廣闊應(yīng)用前景的工業(yè)制造技術(shù)。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)14任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用二、A-TIG焊中焊接活性劑的研究與應(yīng)用（一）焊接活性劑的研究目前，A-TIG焊可以用于碳素鋼、鈦合金、不銹鋼、鎳基合金、銅鎳合金的焊接，PWI還開(kāi)發(fā)了相關(guān)的藥芯焊絲用于MIG焊中?；钚詣┑某煞趾团浞绞茿-TIG焊的關(guān)鍵技術(shù)。雖然活性劑在國(guó)外已有比較成熟的應(yīng)用，但由于這種技術(shù)的重要性，公開(kāi)出版物上關(guān)干活性劑配方的報(bào)道很少。目前常用的活性劑成分主要有氧化物、氯化物和氟化物。不同的材料，其適用的活性劑成分不同。對(duì)于不銹鋼，一些金屬和非金屬氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3和Cr2O3，都能有效地增加熔深。而對(duì)于鈦合金，一些鹵化物，如CaF2、NaF、CaCl2和AlF3，能起到相同的作用。前蘇聯(lián)也有報(bào)道，氧化物和氟化物的混合物能增加碳錳鋼的熔深，其活性劑的配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大致為SiO2（57.3%）、NaF（6.4%）、TiO2（13.6%）、Ti粉（13.6%）、Cr2O3（9.1%）。目前，國(guó)外從事A-TIG焊商業(yè)化應(yīng)用的廠商主要有PWI和美國(guó)愛(ài)迪生焊接研究所（EWI）。PWI提供的活性劑以噴霧器形式分裝，或者為膏狀（活性劑粉末同丙酮的混合溶液）。后者可以通過(guò)刷子涂敷到焊縫的表面。EWI的活性劑是以粉末形式提供，在使用前以異丙醇稀釋，然后涂敷到焊縫表面，異丙醇揮發(fā)后留下活性劑粘附在焊件表面。EWl同樣也研制了類似于記號(hào)筆的裝置，直接將活性劑涂敷到焊縫表面。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)15任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用英國(guó)焊接研究所（TWI）于2006年也開(kāi)發(fā)出了用于不銹鋼的活性劑，它摒棄了丙酮或者異丙醇溶劑，采用水溶性溶劑，降低了活性劑的應(yīng)用成本。國(guó)內(nèi)的高校，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、蘭州理工大學(xué)等也于1999年開(kāi)始開(kāi)展了A-T1G焊活性劑的研究與開(kāi)發(fā)工作，主要針對(duì)的材料包括不銹鋼、低碳鋼、鈦合金、鎂合金、鋁合金和鎳基合金。近年來(lái)，西北工業(yè)大學(xué)在激光及激光電弧復(fù)合焊中也采用了活性劑，取得了一定的效果。

先進(jìn)焊接與連接技術(shù)16任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用圖5-6所示為各種單一成分活性劑在相同焊接參數(shù)下的熔深增加效果照片，從中可以看出，氧化物和氟化物均能增加焊縫的熔深，但熔深的增加程度不同，氧化物的作用效果更明顯。（a）無(wú)活性劑

（b）SiO2

（c）TiO2

（d）Cr2O3

（e）AlF3

（f）CaF2

（g）NaF（h）NaCl（i）CaCl2圖5-6SUS304不銹鋼單一成分A-TIG焊焊縫成形截面比較先進(jìn)焊接與連接技術(shù)17任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用（二）焊接活性劑的應(yīng)用1.不銹鋼方面哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用自行研制的不銹鋼活性劑焊接了5mm厚SUS304不銹鋼，并將此應(yīng)用到了航天產(chǎn)品的焊接中。圖5-7所示為焊接試板照片，采用填絲TIG焊，在試板右側(cè)涂敷活性劑，左側(cè)不涂敷，采用相同參數(shù)單道焊接。試驗(yàn)結(jié)果表明，沒(méi)有涂敷活性劑的部位背面沒(méi)有焊透，正面熔寬比A-TIG焊熔寬大。

圖5-75mm厚SUS304不銹鋼焊接試板照片先進(jìn)焊接與連接技術(shù)18任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用

（d）AlF3（e）NaCl（f）CaCl22.鈦合金由于鈦合金高溫下對(duì)氧元素比較敏感，因此鈦合金活性劑的主要成分由鹵化物組成。圖5-8所示為各種單一成分鹵化物在相同焊接參數(shù)下對(duì)厚度為3mm的TC4鈦合金的作用效果，與不銹鋼活性劑類似，不同成分的活性劑對(duì)熔深增加程度不同。（a）無(wú)活性劑

（b）NaF

（c）CaF2圖5-83mm厚TC4鈦合金焊接焊縫成形截面比較先進(jìn)焊接與連接技術(shù)19任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用3.鎳基合金鎳基合金焊接活性劑的主要成分為氧化物，也有的活性劑采用鹵化物成分。圖5-9所示為各種單一成分活性劑在相同焊接參數(shù)下焊接鎳基合金的作用效果，不同成分的活性劑對(duì)熔深增加程度不同。（a）無(wú)活性劑

（b）CaO

（c）AlF3

（d）MgF2圖5-9單一成分活性劑在相同焊接參數(shù)下焊接鎳基合金的焊縫成形截面比較先進(jìn)焊接與連接技術(shù)20任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用（三）活性劑在其它焊接方法中的應(yīng)用包括活性劑在釬焊、激光焊、活性電子束焊以及活性等離子弧焊等在內(nèi)的其它活性焊接方法的研究，現(xiàn)階段才剛剛起步，大部分尚處于試驗(yàn)研究階段。國(guó)內(nèi)有學(xué)者曾引進(jìn)美國(guó)愛(ài)迪生焊接研究所開(kāi)發(fā)的SS7系列活性劑用于不銹鋼YAG激光焊接，結(jié)果顯著增加熔深，大幅減少熔寬，且獲得良好的表面成形。也有學(xué)者專門(mén)探索了氧化物活性劑對(duì)真空電子束焊的影響規(guī)律，進(jìn)而提出活性電子束焊，并開(kāi)發(fā)出了以氧化物為主的低碳鋼和不銹鋼活性電子束焊活性劑，己申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。1.活性劑在釬焊中的應(yīng)用在陶瓷與金屬的連接技術(shù)中，采用活性金屬釬焊法可以保證連接強(qiáng)度、低成本和高效可靠。這種方法通常采用含有適量活性元素Ag-Cu-Ti合金的特殊釬料，在真空條件下直接連接。釬焊過(guò)程中，釬料中的活性元素在一定溫度下與陶瓷發(fā)生冶金反應(yīng)，在陶瓷/釬料界面上形成一定厚度的能被金屬釬料潤(rùn)濕的過(guò)渡層，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬的化學(xué)結(jié)合。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)21任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用2.活性劑在激光焊中的應(yīng)用在CO2激光焊接中應(yīng)用活性劑，在某種程度上可以提高焊縫熔深，使“盆碗”形狀的焊縫截面變?yōu)椤爸巍?。這說(shuō)明激光焊接不銹鋼的過(guò)程中，活性劑能使更多的激光能量以接近線熱源的形式被工件吸收，在Nd:YAG激光焊接過(guò)程中，活性劑使焊縫表面寬度減小，改善焊縫成形。研究認(rèn)為，活性劑SiO2，TiO2，Cr2O3，TiC在激光焊接中使熔深增加的原因是活性劑使溫度較低光致等離子體周邊區(qū)域含有大量的Si2+,Ti2+,Cr2+大顆粒分子極易吸附中心區(qū)域自由運(yùn)動(dòng)的電子，因此激光作用的中心區(qū)域粒子密度趨于減少。此外由于鹵族元素化合物對(duì)電子具有很強(qiáng)的親和力，并且具有很好的吸熱能力，是工件得到了更多入射激光能量，導(dǎo)致焊接熔深增加。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)22任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用3.活性劑在CO2氣體保護(hù)焊中的應(yīng)用在CO2氣體保護(hù)焊中使用活性化焊絲，可以解決CO2飛濺問(wèn)題。在活性化焊絲中，由于加入了K2CO3、Na2CO3、TiO2等活化劑，大大降低了混合氣體的有效電離電壓，使電弧氣氛中產(chǎn)生帶電粒子比較容易?；钚詣┑募尤霝榛罨附z噴射過(guò)渡準(zhǔn)備了條件，使得活化焊絲熔滴以細(xì)小顆粒過(guò)渡?；钚曰附z中，由于加入的活性劑含有鉀、鈉離子，而鉀和鈉蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)在2000~3000K范圍內(nèi)比CO2的導(dǎo)熱系數(shù)低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣低的導(dǎo)熱性能大大減小了電弧徑向熱耗散，促使弧柱擴(kuò)展，表現(xiàn)在電弧形態(tài)上，電弧范圍較大弧根擴(kuò)展，熱量分布均勻。同時(shí)活性劑可降低表面張力，細(xì)化熔滴，縮短熔滴的存在時(shí)間，降低電弧氣體的有效電離電位，促進(jìn)弧根擴(kuò)展，是電弧收縮力的軸向分力變成推動(dòng)熔滴過(guò)渡的力，因此活性劑不僅大幅降低飛濺率，而且使大顆粒飛濺比例下降。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)23任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用4.活性劑在電子束焊中的應(yīng)用將活性劑用在電子束焊是目前活性焊研究的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，C.R.Heiple、S.W.Pierce、D.S.Howse等人相繼在這方面做了大量的探索工作，發(fā)現(xiàn)活性劑對(duì)電子束焊的熔深影響很顯著，活性電子束焊相比普通電子束焊有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）使用活性劑可以大幅增加電子束焊的熔深，且熔池上部寬度明顯減小，使焊縫更易獲得理想成形。（2）SiO2、TiO2和Cr2O3單組元活性劑對(duì)電子束焊接熔深增加有影響。（3）由SiO2、TiO2和Cr2O3等組成的不銹鋼電子束焊活性劑，可使散焦電子束焊接熔深增加2倍多。（4）使用活性劑后，聚焦電流和束流對(duì)電子束焊熔深增加有影響。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)24任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用A-TIG焊的操作方法：（一）A-TIG焊單元組成A-TIG焊單元包括常規(guī)TIG焊設(shè)備、活性劑和輔助裝置。其中活性劑的涂覆方式包括手工刷涂法、機(jī)械噴涂法、壓力氣霧罐噴涂、活性劑藥芯焊絲或藥皮焊條，如圖5-10所示。

（a）手工刷涂法（b）機(jī)械噴涂法先進(jìn)焊接與連接技術(shù)25任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用

（c）壓力氣霧罐噴涂（d）活性藥芯焊絲先進(jìn)焊接與連接技術(shù)26任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用目前大部分商業(yè)化活性劑均以粉末形式提供。施焊之前，首先用溶劑（目前常用的溶劑種類有丙酮和異丙醇。）將活性劑粉末調(diào)成糊狀，然后將其均勻地涂在焊縫上。涂敷時(shí)，可以用刷子刷，也可以噴涂。丙酮揮發(fā)性很強(qiáng)，能在幾分鐘內(nèi)揮發(fā)干凈，只剩下活性劑粉末附著在焊件表面，PWl也提供了氣霧罐式噴涂方式。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了機(jī)械式氣霧噴涂裝置，并考察了噴涂參數(shù)對(duì)噴涂質(zhì)量的影響，在相同的液體濃度下，噴涂厚度隨著速度的加快而減小，隨著壓力的增加而增加。在相同的速度和壓力下，噴涂厚度隨粉末含量的增高而增大。根據(jù)噴涂厚度的要求，選用10%粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，當(dāng)噴涂壓力為0.15~0.3MPa，噴涂速度為0.8~1.5m/min時(shí)可以獲得滿足要求的噴涂厚度。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)27任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用（二）A-TIG焊手工刷涂法操作1.焊前準(zhǔn)備焊前清理：清理主要分三個(gè)步驟，首先用砂輪機(jī)對(duì)母材表面待焊區(qū)進(jìn)行打磨，直至露出金屬光澤，隨后蘸取酒精進(jìn)行反復(fù)擦拭，再用干凈的無(wú)棉布將酒精與污漬一同拭去，將清理干凈的試板在指定位置準(zhǔn)備下一步操作。活性劑調(diào)配及涂覆：不同活性劑其粉末顆粒大小存在差異，顆粒較大會(huì)影響其焊接效果。因此，首先要對(duì)活性劑進(jìn)行研磨，然后進(jìn)行篩濾，篩網(wǎng)大小采用200目。隨后將不同的活性劑保存在干燥的試劑瓶中并貼上標(biāo)簽封存。由于粉末狀的活性劑有可能會(huì)發(fā)生吸潮從而在焊接過(guò)程中引起氣孔等缺陷，因此，在使用活性劑前，若發(fā)現(xiàn)有活性劑因吸潮呈顆粒狀，可將其置于燒杯中，放入烘箱內(nèi)處于100℃溫度下烘干半小時(shí)，可反復(fù)操作，直至顆粒消失，水分盡除。取適量的活性劑放入燒杯中，加入適量無(wú)水酒精進(jìn)行攪拌使之成為漿糊狀，隨后用扁平毛刷將活性劑均勻涂覆在焊道上，活性劑涂覆厚度以覆蓋金屬表面光澤即可。在活性劑涂覆的試板上做好標(biāo)記加以區(qū)分，待酒精揮發(fā)后即可進(jìn)行焊接試驗(yàn)。2.焊接過(guò)程將已經(jīng)涂覆好活性劑的試板，用TIG焊焊接設(shè)備完成焊接操作即可。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)28任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用三、A-TIG焊的熔深增加機(jī)理活性劑增加焊縫熔深機(jī)理的研究是A-TIG焊接方法研究的基礎(chǔ)，盡管目前A-TIG焊接在工業(yè)領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用，并且還在不斷擴(kuò)展，但對(duì)于A-TIG焊活性劑增加焊縫熔深機(jī)理的研究工作，仍然是不夠深入和系統(tǒng)，活性劑增加熔深的機(jī)理仍然不清楚。從20世紀(jì)60年代中期S.M.Gvrevich發(fā)表第一篇關(guān)于使用活性劑來(lái)焊接鋁合金的文章以來(lái)，人們就一直對(duì)活性劑增加焊縫熔深機(jī)理進(jìn)行不懈的探索和研究，目前己成為國(guó)際上A-TIG焊領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，根據(jù)之前對(duì)活性劑增加鈦合金和不銹鋼熔深機(jī)理的研究，先后出現(xiàn)了不少理論，其中最有代表性的是“電弧收縮理論”和“表面張力梯度改變理論”。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)29任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用圖5-11電弧收縮結(jié)構(gòu)圖（一）電弧收縮理論

電弧收縮現(xiàn)象是烏克蘭學(xué)者在研究鈦合金活性焊時(shí)觀察到的，于是提出了一種所謂的“電弧收縮理論”，如圖5-11所示。該理論認(rèn)為：在焊接電弧的作用下，蒸發(fā)的活性劑分子通過(guò)捕捉電弧外圍區(qū)的電子而使電弧收縮。電弧收縮導(dǎo)致電弧導(dǎo)電面積減小，電流密度增加，從而使得電弧力和熔池內(nèi)的Lorentz力增加，最終導(dǎo)致焊接熔深增加。綜合不同研究者的結(jié)果認(rèn)為導(dǎo)致電弧收縮的原因主要有三方面：先進(jìn)焊接與連接技術(shù)30任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用1.在電弧中心區(qū)域，溫度高于活性劑材料分子的分解溫度，氣體和活性劑原子被電離成電子和正離子，而在仍然溫度較低的弧柱外圍區(qū)域，被蒸發(fā)的物質(zhì)仍然以分子和原子形式存在，運(yùn)動(dòng)速度較慢，容易捕捉電子形成負(fù)離子，使外圍區(qū)域作為主要導(dǎo)電物質(zhì)的電子數(shù)量減小，導(dǎo)電能力下降，使得電弧收縮。2.由于所使用的活性劑各組元多為多原子分子，所以在電弧氣氛下容易發(fā)生熱解離，而熱解離過(guò)程為吸熱發(fā)應(yīng)，根據(jù)最小電壓原理，使得電弧收縮。3.與金屬材料相比，活性劑材料導(dǎo)電率都很低，熔沸點(diǎn)很高，所以只有在電弧中心溫度較高的區(qū)域才有金屬和活性劑的蒸發(fā)，形成陽(yáng)極斑點(diǎn)。也就是說(shuō)，由于活性劑的存在，減小了陽(yáng)極斑點(diǎn)區(qū)的面積，從而使得電弧收縮。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)31任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用（二）表面張力梯度改變理論目前國(guó)內(nèi)外焊接學(xué)者對(duì)熔池表面張力的影響進(jìn)行了大量廣泛而深入的研究，Heiple和Roper添加硒作微量活性元素研究不銹鋼GTAW焊、激光焊和電子束焊時(shí)，發(fā)現(xiàn)硒元素對(duì)GTAW和激光焊焊縫幾何形狀產(chǎn)生較大影響，對(duì)電子束焊縫幾何形狀也產(chǎn)生影響，只是跟前兩者比較起來(lái)影響較小。而在激光和電子束的穿孔型焊接中，這種影響很小，可以忽略。這一發(fā)現(xiàn)促使倆人提出一種全新的理論來(lái)解釋活性劑影響焊縫成形及熔深的機(jī)理，即所謂的“表面張力梯度改變理論”。該理論認(rèn)為：在活性焊接過(guò)程中，熔池金屬流動(dòng)狀態(tài)對(duì)所形成的焊縫熔深起相當(dāng)大的作用。在TIG焊中，當(dāng)熔池表面不含氧、硫等表面活性元素時(shí)，表面張力溫度梯度為負(fù)，即dσ/dt<0，表面張力隨溫度的增加而減小，促使熔池表面形成從中心向周邊的Marangoni對(duì)流方向，從而得到寬而淺的焊縫；而當(dāng)熔池表面存在氧、硫等表面活性元素或處在活性焊接氛圍中時(shí)，表面張力將減小，表面張力溫度梯度變?yōu)檎布磀σ/dt>0，表面張力隨溫度的增加而增大，熔池內(nèi)的Marangoni流方向變?yōu)閺闹苓呄蛑行牧鲃?dòng)。從而得到窄而深的焊縫。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)32任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用（a）負(fù)溫度系數(shù)（b）正溫度系數(shù)圖5-12表面張力溫度系數(shù)與熔化形態(tài)先進(jìn)焊接與連接技術(shù)33任務(wù)1A-TIG焊工藝的應(yīng)用任務(wù)布置了解A-TIG焊的熔深增加機(jī)理，寫(xiě)出常見(jiàn)合金焊接過(guò)程中，對(duì)熔深效果明顯的活性成分。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)34任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用任務(wù)解析完成本任務(wù)，學(xué)生能夠根據(jù)掌握熱絲TIG焊技術(shù)，掌握熱絲TIG焊接原理及優(yōu)點(diǎn)，熟悉熱絲TIG焊接的應(yīng)用情況。熟悉熱絲TIG焊絲加熱方法。學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)知識(shí)基本熱絲TIG焊接技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)35任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用必備知識(shí)一、熱絲TIG焊原理、優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用傳統(tǒng)的TIG焊由于其電極載流能力有限，電弧功率受到限制，焊縫熔深淺，焊接速度低。尤其對(duì)中等厚度的焊接結(jié)構(gòu)（10mm左右）需要開(kāi)坡口和多層焊，焊接效率低的缺點(diǎn)更為突出。因此，很多年來(lái)許多研究都集中在如何提高TIG焊的焊接效率上。熱絲TIG焊就是為了提高TIG焊的焊接效率發(fā)展起來(lái)的新工藝之一。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)36任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用(一)熱絲TIG焊原理熱絲TIG焊是利用附加電源預(yù)先加熱填充焊絲，從而提高焊絲的熔化速度，增加熔敷金屬量，達(dá)到生產(chǎn)高效率的一種TIG焊方法。其原理5-13如圖，在普通TIG焊的基礎(chǔ)上，以與鎢極成40°~60°角從電弧的后方向熔池輸送一根焊絲，但在焊絲進(jìn)入熔池之前約100mm處由附加電源通過(guò)導(dǎo)電塊對(duì)其通電，使其產(chǎn)生電阻熱，因此能提高熱輸入量，增加焊絲熔化速度，從而提高焊接速度。圖5-13熱絲TIG焊原理先進(jìn)焊接與連接技術(shù)37任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用與普通TIG焊相比，由于熱絲TIG焊大大提高了熱量輸入，因此適合于焊接中等厚度的焊接結(jié)構(gòu)，同時(shí)又保持了TIG焊具有高質(zhì)量焊縫的特點(diǎn)。熱絲TIG焊明顯地提高了熔敷率，使焊絲熔化速度增加20~50g/min。在相同的電流情況下焊接速度可提高一倍以上，達(dá)到100~300mm/min。與MIG焊相比，其熔敷率相差不大，但是熱絲TIG焊的送絲速度獨(dú)立于焊接電流之外，因此能夠更好地控制焊縫成形。對(duì)于開(kāi)坡口的焊縫，其側(cè)壁的熔合性比MIG焊好得多。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)38任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用(二)熱絲TIG焊優(yōu)點(diǎn)熱絲TIG焊的優(yōu)點(diǎn)如下：1.保留了電弧穩(wěn)定、焊縫性能優(yōu)良、無(wú)飛濺等TIG焊的所有優(yōu)點(diǎn)。2.提高了熔敷率和焊接效率。熱絲TIG焊時(shí)焊絲在被送入熔池前加熱到300~500°C，從電弧獲取的能量少，從而使熔敷效率比冷絲焊提高3~5倍，焊接效率大大提高，與MIG焊相仿。焊絲熔化速度增加達(dá)20~50g/min。在相同的電流情況下焊接速度可提高一倍以上，達(dá)到100~300mm/min。3.減少焊接變形。熱絲焊是熔化預(yù)熱后的填充金屬，總的熱輸入減少，有利于限制焊接變形。4.降低焊接缺陷。焊縫成形美觀、均勻，無(wú)氣孔、未焊透等缺陷。焊接高性能材料常因焊絲表面沾染氫氣而產(chǎn)生氣孔，熱絲焊時(shí)焊絲溫度高，其表面水分及污物被去除，使氫氣孔大大減少。熱絲TIG焊的送絲速度獨(dú)立于焊接電流，因此也就能夠更好地控制焊縫成形，對(duì)于開(kāi)坡口的焊縫，其側(cè)壁熔合性比MIG焊好得多。熔池過(guò)熱度低，合金元素?zé)龘p少。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)39任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用傳統(tǒng)的熱絲TIG焊槍及導(dǎo)絲裝置一般安裝于自動(dòng)焊機(jī)器人或?qū)C(jī)上。如圖5-14所示為裝夾焊機(jī)上的熱絲TIG焊焊槍。圖5-14熱絲TIG焊槍先進(jìn)焊接與連接技術(shù)40任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用（三）熱絲TIG焊存在的問(wèn)題熱絲TIG焊時(shí)，由于電弧受流過(guò)焊絲的電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的影響，電弧產(chǎn)生磁偏吹，即電弧沿焊縫作縱向偏擺。為此，應(yīng)采用交流電源加熱填充焊絲以減少磁偏吹。在這種情況下，當(dāng)加熱電流不超過(guò)焊接電流的60%時(shí)，電弧擺動(dòng)的幅度可以被限制在30°左右。為了使焊絲加熱電流不超過(guò)焊接電流的60%，通常焊絲最大直徑限為1.2mm。如果焊絲過(guò)粗，由于電阻小需增加加熱電流，這對(duì)防止磁偏吹是不利的。（四）熱絲TIG焊應(yīng)用熱絲TIG焊已成功地用于焊接碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鎳和鈦等。但對(duì)于高導(dǎo)電性材料如鋁和銅，由于電阻率小，需要很大的加熱電流，造成過(guò)大的磁偏吹，影響焊接質(zhì)量，則不適宜采用這種方法。表5-1是使用冷絲和熱絲兩種不同方法焊接窄間隙試件時(shí)焊接參數(shù)的比較，可以看出，熱絲TIG焊焊接速度整整提高一倍。此外熱絲法還可以減少焊縫中的裂紋?？梢灶A(yù)料，熱絲焊方法在海底管線、油氣輸送管線、壓力容器及堆焊等領(lǐng)域中的應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，是一種很有發(fā)展前途的焊接方法。任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用先進(jìn)焊接與連接技術(shù)41表5-1冷絲TIG焊與熱絲TIG窄間隙焊焊接參數(shù)比較冷絲

焊層123456焊接電流/A300350350350300330焊接速度/mm·min-1100100100100100100送絲速度/m·min-11.522222.7熱絲

焊層12345

焊接電流/A300350350310310

焊接速度/mm·min-1200200200200200

送絲速度/m·min-134444先進(jìn)焊接與連接技術(shù)42任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用二、熱絲TIG焊絲加熱方法1.電阻加熱電阻加熱是熱絲TIG焊最常用的方式，用于加熱低碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料的焊絲。電阻加熱法不適用于加熱鋁和銅焊絲，它們的電阻率低，加熱焊絲需要很大的電流，電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電弧偏吹。電阻加熱時(shí)，在焊件和焊絲之間存在一條與主焊接回路相鄰的熱絲電流回路，在熱絲電流回路所形成的磁場(chǎng)中，焊接電弧必然受到一個(gè)磁場(chǎng)力的作用而偏離原來(lái)的方向，產(chǎn)生磁偏吹。因此，從這個(gè)角度出發(fā)，熱絲電源通常采用交流恒壓源，以減少磁場(chǎng)對(duì)電弧的影響。同時(shí)，熱絲加熱電源的空載電壓不能取得過(guò)高，否則熱絲與焊件接觸處會(huì)引燃電弧，破壞穩(wěn)定的熱絲加熱過(guò)程。通過(guò)調(diào)節(jié)熱絲電源的電流值，可以調(diào)整預(yù)熱焊絲的溫度。在電阻加熱焊絲時(shí)，送絲速度必須與熱絲電流相匹配，以保證焊絲在進(jìn)入熔池時(shí)即被熔化。由于焊絲加熱電流只有在焊絲與焊件接觸時(shí)才形成，因此需要對(duì)焊絲加熱及送進(jìn)過(guò)程進(jìn)行控制，保證焊絲連續(xù)地送入熔池中兩者參數(shù)如果不匹配，會(huì)影響焊接過(guò)程。熱絲電流過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致焊絲在送入熔池之前已經(jīng)熔化成球狀，導(dǎo)致焊絲與熔池脫離接觸，熱絲電流中斷，形成不連續(xù)焊縫；反之，熱絲電流過(guò)低，會(huì)使焊絲插入熔池，發(fā)生固態(tài)短路。熱絲過(guò)程的另一個(gè)重要參數(shù)是送絲嘴到焊件的距離，也就是焊絲電阻產(chǎn)熱部分的伸出長(zhǎng)度。實(shí)踐中該參數(shù)通常為15~50mm。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)43任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用2.氬弧加熱預(yù)熱焊絲采用電阻加熱法預(yù)熱焊絲適用于碳鋼、不銹鋼等高電阻電阻率材料，但很難應(yīng)用于鋁、銅等電阻率低的材料。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的呂世雄提出了采用氬弧預(yù)熱鋁、銅等低電阻率焊絲的新方法(ZL200510009921.5)。其原理如下：采用氬氣保護(hù)的電弧作為加熱源，將輸出電流可控的TIG電源的一端接于焊槍上，另一端接于送絲機(jī)的送絲嘴處，在其間引燃電弧加熱焊絲。采用這種加熱方法，可通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流，將焊絲預(yù)熱到100-800°C，而且由于采用電弧作為熱源，不受材料電阻率的影響，可加熱包括鋁、銅等在內(nèi)的材料，也可加熱其他電阻加熱的材料。采用氬氣保護(hù)，避免了被加熱焊絲的氧化。根據(jù)不同的電弧輸出功率，可得到的熱絲溫度范圍比傳統(tǒng)加熱方式大大拓寬。氬弧加熱焊絲實(shí)物圖如上圖5-14所示，原理圖如圖5-15所示。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)44任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用圖5-15電弧熱絲原理圖先進(jìn)焊接與連接技術(shù)45任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用氬弧加熱預(yù)熱焊絲法的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）同電阻加熱設(shè)備相比成本低。（2）熱絲加熱效率高。（3）可以同時(shí)利用陰極清理作用，去掉鋁焊絲表面的氧化膜。（4）磁場(chǎng)對(duì)電弧影響很小。（5）適用于所有材質(zhì)的焊絲，特別是有色金屬。（6）熱絲電流很小，能耗低。在電流為35A、送絲速度為2m/min時(shí)，加熱溫度可達(dá)920°C。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)46任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用3.高頻感應(yīng)加熱焊絲利用焊絲自身電阻產(chǎn)熱來(lái)預(yù)熱焊絲存在一些不足之處，一是焊絲的溫度不易控制，影響焊接效率和焊縫的質(zhì)量；二是在工件和焊絲之間存在一條與焊接主回路相鄰的熱絲電流回路，焊接電弧受到該回路磁場(chǎng)洛侖茲力的作用而偏離原來(lái)的方向，產(chǎn)生磁偏吹，對(duì)焊縫形狀和電弧的準(zhǔn)確定位產(chǎn)生不利的影響；三是對(duì)鋁及鋁合金這一類電阻率較低的焊絲，電阻加熱效率低，焊絲很難達(dá)到合適的溫度，所以傳統(tǒng)熱絲TIG焊還適合鋁、銅等合金的焊接。高頻感應(yīng)加熱焊絲，該方法采用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，借助高頻交變的電磁場(chǎng)，在焊絲表面近層形成高密度的渦流，從而加熱焊絲。圖5-16是高頻感應(yīng)熱絲TIG焊的原理圖。

圖5-16高頻感應(yīng)熱絲TIG焊的原理圖先進(jìn)焊接與連接技術(shù)47任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用與傳統(tǒng)熱絲TIG焊接相比，高頻感應(yīng)加熱熱絲TIG焊有以下特點(diǎn)：（1）用高頻感應(yīng)加熱代替原有的電阻加熱的方法，通過(guò)電磁感應(yīng)對(duì)焊絲進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到提高TIG焊焊接的效率。（2）適用于各種金屬材質(zhì)的焊絲，特別是低電阻率焊絲的加熱。（3）沒(méi)有旁路電流磁場(chǎng)干擾，消除了磁偏吹現(xiàn)象。（4）通過(guò)對(duì)高頻輸出電流的控制可以精確地控制焊絲的溫度，通過(guò)改變輸出振蕩頻率，利用高頻感應(yīng)集膚效應(yīng)，可以控制感應(yīng)加熱的深度。（5）高頻感應(yīng)可以更好的消除焊絲表面吸附的水分對(duì)焊縫的不利影響。常規(guī)TIG焊送絲速度一般為1~3m/min，而高頻感應(yīng)熱絲TIG焊送絲速度可達(dá)6~10m/min，這較常規(guī)TIG接提高了3倍以上，大大提高了焊接效率。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)48任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用任務(wù)布置：根據(jù)實(shí)例總結(jié)熱絲TIG焊在不銹鋼厚壁管焊接中的焊接要點(diǎn)。1.焊接前的準(zhǔn)備焊接前應(yīng)對(duì)焊接產(chǎn)品進(jìn)行如下檢查：（1）核對(duì)焊接程序，確保焊機(jī)完好。（2）檢查焊接下件表面，確保無(wú)油污和銹蝕等缺陷。（3）核對(duì)焊接材料，確保使用驗(yàn)收合格的焊材。（4）確認(rèn)焊接操作員必須持有相應(yīng)的資格證書(shū)。2.焊接坡口根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)，采用圖5-17所示的坡口形式。

圖5-17小銹鋼厚壁管的焊接坡口

圖5-18小銹鋼厚壁管焊接示意圖先進(jìn)焊接與連接技術(shù)49任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用參數(shù)設(shè)置：影響焊接性能的參數(shù)基本可以分為兩類：機(jī)械參數(shù)和工藝參數(shù)。如圖5-18所示，機(jī)械參數(shù)由焊機(jī)本身特點(diǎn)決定，包括焊槍傾角α、焊槍與送絲槍夾角β、焊絲伸出長(zhǎng)度L2、鎢棒與鋼管中心距離F等。工藝參數(shù)有：焊接電流、電弧電壓、管子旋轉(zhuǎn)速度、擺動(dòng)寬度與速度、擺動(dòng)兩側(cè)停留時(shí)間、熱絲電流等。這其中任意一個(gè)參數(shù)變化都將影響到焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)對(duì)比和多次試驗(yàn)，最終確定的機(jī)械參數(shù)和下藝參數(shù)如表5-2,5-3所示。熱絲TIG焊不銹鋼厚壁管時(shí)，每一層焊縫高度宜控制在2~4mm。項(xiàng)目數(shù)值焊槍傾角α/o5～10焊槍與送絲槍夾角β/o60～90焊絲伸出長(zhǎng)度L2/mm15～18鎢棒與鋼管中心距離F/mm0～16表5-2不銹鋼管對(duì)焊的機(jī)械參數(shù)先進(jìn)焊接與連接技術(shù)50任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目底層中間層頂層焊接電流/A200～280260～330200～260電弧電壓/V8～129～149～14熱絲電流/A15～2550～8045～70擺動(dòng)寬度/mm/-1.5～2.5-1.5～2.5擺動(dòng)速度/mm·min-1/1000～15001300～1600表5-3不銹鋼管對(duì)焊的工藝參數(shù)先進(jìn)焊接與連接技術(shù)51任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用3.不銹鋼厚壁管焊接時(shí)的缺陷及其預(yù)防措施熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時(shí)，對(duì)坡口的加工精度和表面平整度要求較高，不然容易產(chǎn)生氣孔、咬邊和裂紋等缺陷。這些缺陷有逐漸發(fā)展成裂紋的傾向，進(jìn)而破壞焊縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織，降低接頭的塑性和強(qiáng)度，甚至使接頭失效。針對(duì)相應(yīng)的缺陷，具體預(yù)防措施如下：（1）氣孔產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施

不銹鋼厚壁管焊接時(shí)，當(dāng)鋼管或者焊絲表面有油污、鐵銹和水分等雜質(zhì)；氬氣流量設(shè)置不當(dāng)，保護(hù)效果不佳；或者焊接回路能量過(guò)小都能產(chǎn)生氣孔缺陷。為了預(yù)防此缺陷產(chǎn)生，焊前需加強(qiáng)鋼管內(nèi)外壁、焊絲的檢查清理工作，并確定合適的電弧長(zhǎng)度，以確保焊接區(qū)域完全處在氬氣的保護(hù)范圍之內(nèi)。燒穿產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施。熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時(shí)，若設(shè)置的焊接電流過(guò)大、焊接速度過(guò)慢、焊接坡口底部間隙過(guò)大、電弧在焊縫處停留的時(shí)間太久等都會(huì)造成鋼管被燒穿。因此焊接之前需要采取合適的焊接電流配合合適的焊接速度，盡可能減小焊縫底部的裝配間隙等措施減小鋼管被燒穿的概率。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)52任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用（2）燒穿產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施

熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時(shí)，若設(shè)置的焊接電流過(guò)大、焊接速度過(guò)慢、焊接坡口底部間隙過(guò)大、電弧在焊縫處停留的時(shí)間太久等都會(huì)造成鋼管被燒穿。因此焊接之前需要采取合適的焊接電流配合合適的焊接速度，盡可能減小焊縫底部的裝配間隙等措施減小鋼管被燒穿的概率。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)53任務(wù)2熱絲TIG焊技術(shù)應(yīng)用（3）咬邊產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時(shí)，若焊槍擺動(dòng)頻率或在焊縫兩側(cè)停留時(shí)間設(shè)置不當(dāng)、焊接熱輸入量過(guò)大、電弧過(guò)長(zhǎng)等都可能在鋼管焊縫邊界形成凹陷或溝槽等缺陷。施焊前加強(qiáng)下件表面清理、匹配恰當(dāng)?shù)暮笜寯[動(dòng)頻率及停留時(shí)間等都可以有效減少咬邊缺陷的出現(xiàn)。（4）未焊透產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管的形式是典型的單面焊雙面成型。若設(shè)置的焊接熱輸入量過(guò)小，電弧過(guò)長(zhǎng)，焊縫坡口不合理，都能在焊縫另一側(cè)形成焊縫余高不足的缺陷。工作中可以通過(guò)匹配焊接電流與焊接速度，合理增大裝配間隙，合理設(shè)置坡口尺寸等減少未焊透缺陷的發(fā)生。（5）焊縫表面缺陷及其預(yù)防措施熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時(shí)，若焊接參數(shù)設(shè)置不合理容易在焊縫外表面產(chǎn)生凸起、凹陷等影響焊縫美觀的缺陷。凸起是由于焊接速度過(guò)慢，鋼管轉(zhuǎn)速與焊槍擺動(dòng)速度不合理所致。凹陷是由于收弧過(guò)快，填充熔融金屬不足所致。合理的設(shè)置焊接電流、焊接速度等參數(shù)可以有效的防止未滿焊、焊縫余高過(guò)高等缺陷的出現(xiàn)。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)54任務(wù)3TOPTIG焊任務(wù)解析

通過(guò)完成本任務(wù)，使學(xué)生能夠根據(jù)掌握TOPTIG焊技術(shù)，掌握TOPTIG焊接原理及特點(diǎn)，熟悉TOPTIG焊接熔滴過(guò)渡形式。了解TOPTIG焊絲加熱方法、設(shè)備組成，熟悉TOPTIG焊的主要參數(shù)。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)55必備知識(shí)一、TOPTIG焊的原理及特點(diǎn)（一）TOPTIG焊的原理TOP-TIG焊接工藝是由法國(guó)AirLiquid公司開(kāi)發(fā)的專利技術(shù)，其設(shè)備由傳統(tǒng)TIG焊槍改進(jìn)而成，其核心特點(diǎn)是送絲嘴與焊槍為一體化集成設(shè)計(jì)，是TIG焊焊接領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的創(chuàng)新，其原理如圖5-19所示。開(kāi)發(fā)此工藝的主要目標(biāo)是：提高機(jī)器人焊接速度；研制出適合焊接機(jī)器人的緊湊焊槍；不抑制機(jī)器人焊接性能發(fā)揮；自動(dòng)更換電極，方便操作。焊絲以20°角通過(guò)氣體噴嘴送入到鎢極端部的下方。焊絲的軸線方向與鎢極端部的錐面平行，焊絲端部因此可以非?？拷u極的端部，而該區(qū)域?yàn)殡娀≈袦囟茸罡叩膮^(qū)域，電弧的高溫將焊絲迅速熔化，從而獲得很高的熔敷率和焊接速度。焊絲以20°角通過(guò)氣體噴嘴送入到鎢極端部的下方。焊絲的軸線方向與鎢極端部的錐面平行，焊絲端部因此可以非?？拷u極的端部，而該區(qū)域?yàn)殡娀≈袦囟茸罡叩膮^(qū)域，電弧的高溫將焊絲迅速熔化，從而獲得很高的熔敷率和焊接速度，TOPTIG焊槍實(shí)物如圖5-20所示。任務(wù)3TOPTIG焊先進(jìn)焊接與連接技術(shù)56任務(wù)3TOPTIG焊

圖5-19TOPTIG焊的焊槍設(shè)計(jì)1-鎢極

2-送絲嘴3-焊絲4-噴嘴5-保護(hù)氣6-電弧7-焊件先進(jìn)焊接與連接技術(shù)57任務(wù)3TOPTIG焊

圖5-20TOPTIG焊的焊槍實(shí)物先進(jìn)焊接與連接技術(shù)58任務(wù)3TOPTIG焊?jìng)鹘y(tǒng)的焊絲TIG焊機(jī)器人焊槍如圖5-21所示，焊絲與電極幾乎成90°，即與焊件近似平行。其缺點(diǎn)如下：（1）焊槍端部體積增大，定位可靠性差。（2）送絲裝置限制了機(jī)器人的靈活性和可達(dá)性。（3）對(duì)于復(fù)雜的焊件還得增加一個(gè)轉(zhuǎn)胎。（4）填絲TIG焊的電弧熱量分別用于熔化焊件和焊絲，因?yàn)殡娀崃恐挥屑s30%用于熔化焊絲，焊接速度因而無(wú)法得到進(jìn)一步的提高。因此，目前用于TIG焊的焊接機(jī)器人為了靈活性的需要通常都不填充焊絲。圖5-21傳統(tǒng)TIG焊的焊槍設(shè)計(jì)先進(jìn)焊接與連接技術(shù)59任務(wù)3TOPTIG焊（二）TOPTIG焊的優(yōu)點(diǎn)TOPTIG焊技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.靈活性好。這種特殊的送絲形式使得在機(jī)器人焊接時(shí)無(wú)需考慮焊絲的送進(jìn)方向，靈活性與MIG焊槍相同。

2.焊縫質(zhì)量好。由于該方法仍然是TIG焊，保留了TIG焊的品質(zhì)高、質(zhì)量好的特點(diǎn)，沒(méi)有MIG焊固有的飛濺和噪聲。

3.焊接速度快。焊接3mm厚以下的板材時(shí)，TOPTIG的焊接速度等于甚至優(yōu)于MIG焊。

4.操作簡(jiǎn)單。對(duì)鎢極到焊件的距離不再敏感，送絲嘴固定在焊槍上，無(wú)需調(diào)整焊絲的角度和位置。正是由于TOPTIG焊技術(shù)兼具了TIG焊高質(zhì)量及MIG焊高速度的優(yōu)點(diǎn)，在汽車、金屬裝飾、食品等行業(yè)得到了應(yīng)用，用于焊接鍍鋅鋼板、不銹鋼、鈦合金和鎳基合金等薄板材料。目前TOPTIG焊技術(shù)僅限于直流TIG焊接，由于對(duì)鎢極端部形狀要求較嚴(yán)格，交流TIG焊中鎢極燒損會(huì)改變鎢極端部形狀，因而在鋁合金的應(yīng)用上受到限制。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)60任務(wù)3TOPTIG焊二、TOPTIG焊的熔滴過(guò)渡形式由于TOPTIG焊的送絲位置與傳統(tǒng)TIG焊有很大不同，根據(jù)送絲速度的不同，焊絲熔化后的熔滴過(guò)渡通常有兩種形式：連續(xù)接觸過(guò)渡和滴狀過(guò)渡，如圖5-22所示。2004年，日本接合技術(shù)研究所(JWRI)研究了不同熔滴過(guò)渡方式下焊接熔池表面的振蕩情況，結(jié)論是連續(xù)接觸過(guò)渡方式可以獲得良好的焊縫成形，并可最大限度地減少熔池的振蕩。（a）滴狀過(guò)渡

（b）連續(xù)接觸過(guò)渡圖5-22TOPTIG焊的熔滴過(guò)渡方式先進(jìn)焊接與連接技術(shù)61任務(wù)3TOPTIG焊1.連續(xù)接觸過(guò)渡當(dāng)焊絲速度（WireFeedSpeed，WFS）與熔化速度達(dá)到平衡時(shí)，在焊絲熔化的金屬與熔池之間形成連續(xù)接觸。這種過(guò)渡形式具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定，熔敷率高，焊接速度快。（2）焊縫成形均勻一致。（3）減少了焊縫夾鎢風(fēng)險(xiǎn)。（4）電弧熄火后焊絲末端仍然保持尖銳的形狀，使下次起弧更加可靠。（5）適用于所有的普通熔焊和釬焊焊絲，包括碳素鋼、不銹鋼。

先進(jìn)焊接與連接技術(shù)62任務(wù)3TOPTIG焊

2.滴狀過(guò)渡滴狀過(guò)渡的特點(diǎn)是焊絲熔化形成熔滴，熔滴逐漸長(zhǎng)大，直到在重力和表面張力的作用下與焊絲端部脫離，這種過(guò)渡形式與MIG焊中的短弧長(zhǎng)亞射流過(guò)渡相似。滴狀過(guò)渡具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）滴狀過(guò)渡的熔滴對(duì)熔池的持續(xù)沖擊力使熔池產(chǎn)生振蕩，減少了氣孔傾向，焊縫均勻一致。（2）可用于小電流和低送絲速度的焊接。（3）焊道較寬。在送絲速度較低時(shí)，熔滴尺寸較大（大約為焊絲直徑的3-4倍）。熔滴過(guò)渡的主要參數(shù)是熔滴尺寸和過(guò)渡頻率。送絲速度快時(shí)，過(guò)渡頻率高，熔滴尺寸小。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)63任務(wù)3TOPTIG焊三、TOPTIG焊的設(shè)備組成TOPTIG焊槍安裝在機(jī)器人手臂上，通過(guò)快速接頭與推拉式送絲機(jī)相連。焊槍采用水冷方式冷卻，如果使用接近極限的電流焊接或者在散熱條件極度惡劣的環(huán)境下焊接，也可以另選配帶水冷的保護(hù)氣噴嘴。當(dāng)改變焊絲直徑或因損耗需更換導(dǎo)絲嘴時(shí)，可將導(dǎo)絲嘴從噴嘴上拆卸下來(lái)直接更換（螺紋聯(lián)接），而無(wú)需斷開(kāi)水路。電極由對(duì)中電極夾夾持，并可自動(dòng)更換，該焊槍的最大電流為220A（直流）、負(fù)載持續(xù)率100%，焊絲直徑為0.8~1.2mm。設(shè)備組成包括：焊接電源（220A、負(fù)載持續(xù)率為100%的直流電源）、送絲機(jī)構(gòu)（最大送絲速度10m/min）、焊接機(jī)器人手臂、TOPTIG焊焊槍、控制系統(tǒng)等。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)64任務(wù)3TOPTIG焊四、TOPTIG焊的主要參數(shù)1.鎢極焊絲的距離（EWD）它是TOPTIG焊工藝中重要工藝參數(shù)之一，應(yīng)被設(shè)置為焊絲直徑的1~1.5倍。由于鎢極端部形狀對(duì)電參數(shù)和焊縫成形具有重要影響，因此鎢極端部必須經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，以使它的外形保持恒定。2.鎢極直徑直流（DC）TIG焊常用鎢極直徑為2.4mm或3.2mm，電流上限為230A和300A。傳統(tǒng)TIG的工藝規(guī)范也適用于TOPTIG焊。焊接超薄板時(shí)可以使用直徑為1.8mm的鎢極，以便在小電流下引弧和穩(wěn)弧。但1.8mm鎢極可能會(huì)導(dǎo)致電極軸向變形，對(duì)EWD參數(shù)造成影響。

先進(jìn)焊接與連接技術(shù)65任務(wù)3TOPTIG焊3.焊絲直徑焊絲直徑根據(jù)母材的厚度進(jìn)行選擇。推薦用于碳素鋼和不銹鋼的焊絲直徑見(jiàn)表5-4。焊件厚度δ/mm焊絲直徑d/mmδ＜10.81.0≤δ＜1.51.01.5≤δ＜4.01.2表5-4TOPTIG焊推薦用于碳素鋼和不銹鋼的焊絲直徑先進(jìn)焊接與連接技術(shù)66任務(wù)3TOPTIG焊4.焊接參數(shù)的影響主要焊接參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響見(jiàn)表5-5。參數(shù)增加或減小熔寬熔深余高焊接電流增加增加增加減小減小減小減小增加電弧電壓增加增加減小減小減小減小增加增加送絲速度增加減小減小增加減小增加增加減小焊接速度增加減小減小減小減小增加增加增加表5-5主要焊接參數(shù)對(duì)焊接成形的影響先進(jìn)焊接與連接技術(shù)67任務(wù)3TOPTIG焊任務(wù)布置撰寫(xiě)報(bào)告，總結(jié)TOPTIG焊接工藝其設(shè)備特點(diǎn)。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)68任務(wù)4變極性TIG焊任務(wù)解析通過(guò)完成本任務(wù)，能夠根能夠正確準(zhǔn)備5A06-H112鋁合金VPTIG焊接的材料及設(shè)備，具備5A06-H112鋁合金VPTIG焊接工藝設(shè)計(jì)的能力。能夠分析5A06-H112鋁合金VPTIG焊接中存在的問(wèn)題。進(jìn)而了解變極性電源的特點(diǎn)及應(yīng)用，通過(guò)對(duì)變極性電弧焊的調(diào)研學(xué)習(xí)，理解變極性鎢極氬弧焊的特點(diǎn)與原理。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)69任務(wù)4變極性TIG焊必備知識(shí)一、變極性電弧焊基礎(chǔ)知識(shí)鋁及其合金已被廣泛地應(yīng)用在航空航天、汽車和民用工業(yè)中。要想實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接過(guò)程，獲得好的焊接質(zhì)量，需要徹底清除覆蓋在其表面上的Al2O3膜，故從工藝角度分析一種焊接方法是否具有“陰極破碎”作用，是焊接鋁及鋁合金材料的關(guān)鍵。同時(shí)鋁合金焊接又要減少鎢極燒損，保持鎢極端頭形狀。特別是在自動(dòng)焊接中，希望有一種高陰極清理低鎢極燒損的TIG焊接系統(tǒng)。鋁合金TIG焊接方法經(jīng)歷了直流鎢極接負(fù)(DCEN)、直流鎢極接正(DCEP)、正弦波交流、方波交流發(fā)展到變極性TIG焊接。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)70任務(wù)4變極性TIG焊

圖5-23變極性電源典型輸出電流波形先進(jìn)焊接與連接技術(shù)71任務(wù)4變極性TIG焊變極性電源的主要優(yōu)點(diǎn)：1.正負(fù)極性半波電流值和通電時(shí)間均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，可按不同材料、不同焊件形狀選擇最佳規(guī)范。2.電流調(diào)節(jié)范圍大，可以從0.1-600A調(diào)節(jié)。3.直流輸出精確穩(wěn)定，波峰脈動(dòng)率小于0.5%，電流設(shè)定值漂移小于1%。4.在正極性方波上可再疊加附加脈沖，進(jìn)一步壓縮電弧并攪拌熔池，細(xì)化焊縫晶粒。5.控制回路信號(hào)頻率大于10KHZ，能快速響應(yīng)電流指令，方波上升和下降時(shí)間小于1us，上升至峰值時(shí)無(wú)超量或不足。6.變極性電源設(shè)計(jì)時(shí)考慮計(jì)算機(jī)控制，起弧采用脈沖!不用高頻，能有效阻止信號(hào)線上的電磁波干擾。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)72任務(wù)4變極性TIG焊二、變極性焊接方法（一）變極性等離子弧焊變極性等離子弧焊（VariablePolarityPlasmaArcWelding，簡(jiǎn)稱VPPAW）即不對(duì)稱方波交流等離子弧焊，是一種針對(duì)鋁及其合金開(kāi)發(fā)的新型高效焊接工藝方法，它綜合了變極性TIG焊和等離子弧焊的優(yōu)點(diǎn)：一方面，它的特征參數(shù)如電流頻率、電流幅值及正負(fù)半波導(dǎo)通時(shí)間比例可根據(jù)工藝要求獨(dú)立調(diào)節(jié)，合理分配電弧熱量，在滿足工件熔化和自動(dòng)去除工件表面氧化膜的同時(shí)，最大限度地降低鎢極燒損程度；另一方面，有效利用等離子束流所具有的高能量密度、高射流速度、強(qiáng)電弧力的特性，在焊接過(guò)程中形成穿孔熔池，實(shí)現(xiàn)鋁合金中厚板的單面焊雙面成形。變極性等離子焊接技術(shù)主要用于各種鋁合金焊接，其單道焊接鋁合金厚度最大可25.4mm,VPPAW的工藝特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中，正極電流幅值，反極性電流幅值，一個(gè)周波內(nèi)正反極性電流持續(xù)時(shí)間的比例可以分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，這既有利于焊縫熔透，又有利于清理鋁合金氧化膜。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)73任務(wù)4變極性TIG焊（二）變極性鎢極氬弧焊變極性鎢極氬弧焊(TIG)，也稱為極性參數(shù)可調(diào)的TIG焊，它是一種特殊的方波交流TIG焊，是一種輸出電流頻率、正負(fù)半波導(dǎo)通時(shí)間和幅值均可獨(dú)立調(diào)節(jié)的鎢極氬弧焊方法。隨著人們對(duì)方波交流焊鋁時(shí)的陰極霧化作用和鎢極燒損情況的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)半波階段電流的大小對(duì)陰極霧化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該階段時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)陰極霧化作用的影響。如果使負(fù)半波的電流幅值較高而導(dǎo)通時(shí)間較小，可同時(shí)滿足陰極霧化作用和減少鎢極燒損的要求。出于這種考慮，可以在方波交流的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出極性參數(shù)可調(diào)的TIG焊電源，即變極性電源。該電源在鋁及其合金的焊接中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，能滿足鋁及其合金焊接的特殊工藝要求。

先進(jìn)焊接與連接技術(shù)74任務(wù)4變極性TIG焊三、變極性TIG焊的原理變極性鎢極氬弧焊(TIG)，也稱為極性參數(shù)可調(diào)的TIG焊，它是一種特殊的方波交流TIG焊，是一種輸出電流頻率、正負(fù)半波導(dǎo)通時(shí)間和幅值均可獨(dú)立調(diào)節(jié)的鎢極氬弧焊方法。隨著人們對(duì)方波交流焊鋁時(shí)的陰極霧化作用和鎢極燒損情況的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)半波階段電流的大小對(duì)陰極霧化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該階段時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)陰極霧化作用的影響。如果使負(fù)半波的電流幅值較高而導(dǎo)通時(shí)間較小，可同時(shí)滿足陰極霧化作用和減少鎢極燒損的要求。出于這種考慮，可以在方波交流的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出極性參數(shù)可調(diào)的TIG焊電源，即變極性電源。該電源在鋁及其合金的焊接中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，能滿足鋁及其合金焊接的特殊工藝要求。在鋁合金TIG焊接方法發(fā)展中，朝著高清理表面氧化膜和低鎢極燒損的方向發(fā)展，TIG焊接鋁合金的發(fā)展趨勢(shì)是由最初的直流正接TIG焊，直流反接TIG焊接，正弦波交流TIG焊接，方波交流TIG焊接，到如今發(fā)展的變極性TIG焊接，變極性TIG焊接方法己經(jīng)成為當(dāng)前TIG焊接用于鋁合金焊接中的最佳焊接方法，其焊接電流頻率、正負(fù)半波電流時(shí)間和幅值都可以分別獨(dú)立調(diào)節(jié)。其輸出電流為交流矩形波，電流過(guò)零速度極快，因此電弧穩(wěn)定性得到大大改善。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)75四、采用變極性TIG焊接鋁合金的優(yōu)點(diǎn)采用電子技術(shù)控制，使正負(fù)半波電流幅值，通電時(shí)間和頻率獨(dú)立可調(diào)，電流過(guò)零時(shí)上升與下降速率快，其波形見(jiàn)圖5-24。其包含四個(gè)參數(shù)：DCEN半波電流值、DCEP半波電流值、DCEN半波所占比例以及變極性頻率f。任務(wù)4變極性TIG焊先進(jìn)焊接與連接技術(shù)76任務(wù)4變極性TIG焊圖5-24變極性TIG焊接的波形四、采用變極性TIG焊接鋁合金的優(yōu)點(diǎn)采用電子技術(shù)控制，使正負(fù)半波電流幅值，通電時(shí)間和頻率獨(dú)立可調(diào)，電流過(guò)零時(shí)上升與下降速率快，其波形見(jiàn)圖5-24。其包含四個(gè)參數(shù)：DCEN半波電流值、DCEP半波電流值、DCEN半波所占比例以及變極性頻率f。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)77任務(wù)4變極性TIG焊變極性TIG在弧焊工藝上具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.焊鋁時(shí)，電弧穩(wěn)定，電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)重新引弧容易，不必加特殊穩(wěn)弧氣，不需要加入高頻脈沖，對(duì)電子器件的損傷??；2.通過(guò)調(diào)節(jié)正負(fù)半波時(shí)間比、幅值比，保證在一定的陰極清理作用的條件下，最大限度地減少鎢極為正的時(shí)間，使電弧具有直流正極性特點(diǎn)，從而獲得較大的熔深。熔深的增加，鎢極燒損的減小，能夠同時(shí)達(dá)到提高生產(chǎn)的效率的目的；3.采用智能化控制，一方面控制電流波形從而方便的控制電弧形態(tài)、也可以通過(guò)控制電弧作用力來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)母材的熱輸入能量；4.變極性焊接工藝允許獨(dú)立設(shè)定正、反向焊接電流值以及正、反向焊接時(shí)間。這樣使焊接線能量的輸入最合理、焊接電弧形態(tài)更加穩(wěn)定、焊縫表面成形更加美觀、焊接質(zhì)量得到更好的保證。具有改善焊縫形狀，影響金屬結(jié)晶，提高焊縫的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)；5.同時(shí)變極性TIG焊接電源又是一種脈沖電源，其脈沖電弧對(duì)熔池有很強(qiáng)的攪拌作用，可以減少和抑制氣孔的產(chǎn)生。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)78任務(wù)4變極性TIG焊五、鋁合金鎢極氬弧焊常見(jiàn)缺陷防止措施1.焊接接頭質(zhì)量的影響影響焊接接頭的因素有很多，包括應(yīng)力集中系數(shù)（接頭類型、焊縫形狀、焊縫缺陷）、焊接殘余應(yīng)力等。改善焊鋁合金接接頭的工藝方法如下。防止缺陷措施：（1）氣孔保證氬氣純度，選擇合適氣體流量；調(diào)整好鎢極伸出長(zhǎng)度；焊前認(rèn)真清理，清理后及時(shí)焊接；正確選擇焊接參數(shù)。（2）裂紋選擇與母材匹配的焊絲；加入引弧板或采用電流衰減裝置填滿弧坑；正確設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)；減小焊接電流或適當(dāng)增加焊接速度。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)79任務(wù)4變極性TIG焊（3）未焊透正確選擇間隙、鈍邊、坡口角度和焊接參數(shù)；加強(qiáng)氧化膜、溶劑、焊渣和油污的清理；提高操作技能等。（4）焊縫夾鎢采用高頻高壓脈沖引??；根據(jù)選用的電流，采用合理的鎢極尖端形狀，減小焊接電流，增加鎢極直徑，縮短鎢極伸長(zhǎng)長(zhǎng)度；更換惰性氣體。（5）咬邊降低焊接電流和電弧長(zhǎng)度；保持?jǐn)[幅均勻；適當(dāng)增加送絲速度和降低焊接速度。

先進(jìn)焊接與連接技術(shù)80任務(wù)4變極性TIG焊2.TIG熔修和焊趾打磨修整

TIG熔修可大幅度提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，該工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，效果顯著。焊趾打磨修整方法可以增大焊趾半徑，降低應(yīng)力集中系數(shù)，同時(shí)，打磨修整后改變了焊趾附近的殘余應(yīng)力場(chǎng)。

先進(jìn)焊接與連接技術(shù)81任務(wù)4變極性TIG焊

3.鋁合金TIG焊接變形的問(wèn)題及消除方法鋁合金TIG焊接屬于熔焊方法，只要是熔焊方法就不可避免的帶來(lái)焊縫的膨脹與收縮。產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在一定拘束的情況下，為了達(dá)到平衡系統(tǒng)，不可避免的會(huì)使得整個(gè)構(gòu)件發(fā)生變形。減小焊接變形的一些措施：（1）適當(dāng)?shù)木惺取Ｒ话銇?lái)說(shuō)，拘束度越大，焊接變形越小，但情況也不是絕對(duì)的，拘束度過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力提高；（2）增加焊接結(jié)構(gòu)剛度。適當(dāng)?shù)脑黾雍附咏Y(jié)構(gòu)自身的剛度，會(huì)使得焊接變形減??；（3）適當(dāng)?shù)暮附訜彷斎胫怠＿^(guò)大的焊接規(guī)范，使得焊角尺寸過(guò)大，使得焊縫截面積增大。故應(yīng)當(dāng)在滿足承載的情況下，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整焊接熱輸入值。熱輸入也不能過(guò)小，否則會(huì)增加焊接的層數(shù)與道數(shù)，同樣會(huì)增加焊接變形。（4）適當(dāng)?shù)暮附禹樞颉：侠淼牟贾煤附禹樞?，可以等效于增加結(jié)構(gòu)的剛度。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)82任務(wù)4變極性TIG焊六、變極性TIG焊接電源變極性TIG焊接設(shè)備主要包括變極性TIG焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)及輔助設(shè)備等。變極性TIG焊接電源的作用是向焊接電弧提供電能，以及提供變極性TIG焊的電氣特性，如外特性、動(dòng)特性等，同時(shí)參與焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)83任務(wù)4變極性TIG焊七、變極性TIG焊接參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響（一）焊接電流參數(shù)的影響鋁合金VPTIG焊接電流參數(shù)主要包括：DCEN電流值、DCEP電流值、DCEP時(shí)間和DCEN時(shí)間的比例（占空比）及電流頻率。通過(guò)大量地焊接試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)：1.增加DCEP電流幅值，減小DCEP時(shí)間，在其他焊接參數(shù)匹配合理的條件下，可以在保證鋁合金表面氧化膜良好清理效果的前提下，最大限度地減小鎢極的燒損程度；2.DCEP的時(shí)間決定了工件的清理寬度及焊縫的熔寬，在保證清理效果的前提下，應(yīng)盡量縮短DCEP時(shí)間，也即減小占空比，從而減小焊縫熱影響區(qū)的寬度，提高焊縫的強(qiáng)韌性。3.適當(dāng)提高電流頻率，減小電弧直徑，增強(qiáng)電弧拘束度，從而進(jìn)一步減小焊縫熔寬、增大熔深，同時(shí)利用高頻電流的高頻電磁效應(yīng)，還可以增加電弧對(duì)焊縫熔池的攪拌作用，從而減少焊縫氣孔，提高焊縫的韌性。先進(jìn)焊接與連接技術(shù)84（二）焊接速度的影響焊接速度即工件或焊槍沿某一方向按一定運(yùn)動(dòng)軌跡的移動(dòng)速度，直縫焊時(shí)沿直線運(yùn)動(dòng)。焊接速度的穩(wěn)定性，對(duì)于焊接過(guò)程的控制和焊接質(zhì)量的提高是很關(guān)鍵的。焊接速度穩(wěn)定，則焊縫外形美觀、成形均勻，反之，則焊接質(zhì)量很難保證。（三）送絲速度的影響送絲速度增大時(shí)，焊絲吸收的電弧能量增多，熔化量增多，導(dǎo)致熔池上部的液態(tài)金屬量增加，母材金屬熔化不足，出現(xiàn)未熔透現(xiàn)象，速度增大到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致焊絲來(lái)不及熔化而直接扎在熔池里。送絲速度較小時(shí)，焊絲吸收的電弧能量減少，熔化量減少，母材的熱輸入量增多，從而導(dǎo)致焊縫余高減小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使熔池塌陷。因此，在焊接過(guò)程中，穩(wěn)定合適的送絲速度是焊接過(guò)程穩(wěn)定、焊接質(zhì)量良好的重要保證。（四）保護(hù)氣流量的影響在焊槍氣體噴嘴小孔直徑一定的情況下，提高保護(hù)氣流量，則流速加快，電弧收縮力增大，等離子流力也相應(yīng)增大，從而使電弧拘束度增強(qiáng)，電弧挺度增大，焊縫熔寬減小，熔深增大，有利于焊縫成形。但是，流量過(guò)大時(shí)，電弧的損失能量也偏大，會(huì)導(dǎo)致焊絲、母材的熔化量不足。降低保護(hù)氣流量時(shí)，電弧電磁力、等離子流力相應(yīng)減小，從而使電弧拘束度減小，電弧挺度減小，熔寬增大。所以，合適的氣流量也是焊接質(zhì)量的重要保證。任務(wù)4變極性TIG焊先進(jìn)焊接與連接技術(shù)85（五）電極種類及尺寸的影響鎢極種類及尺寸主要影響焊接電弧的穩(wěn)定性和電弧形態(tài)。不同鎢極對(duì)應(yīng)的電弧穩(wěn)定性順序?yàn)椋篧Y>WCe>WTh>W。這是由于鎢極的化學(xué)成分不同，電子逸出功不同，逸出功越小，其電子的發(fā)射能力越強(qiáng)。變極性VPTIG焊接時(shí)，鎢極不僅考慮電子發(fā)射能力，還要考慮鎢極燒損量及其燒損形狀。鎢極尖部角度很小時(shí)，引弧效果好，等離子力流速度快，電弧穿透力強(qiáng)。但是尖部角度過(guò)小，使鎢極載電流能力下降，尖部燒損嚴(yán)重，電極內(nèi)縮量明顯增大，對(duì)焊接電弧穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。（六）弧高的影響對(duì)于鋁合金VPTIG焊而言，弧高增大時(shí)（噴嘴高度增大），電弧電壓升高，電源輸出能量增加（用來(lái)補(bǔ)償散熱損失的增加），工件所獲得的熱量有所增加；弧長(zhǎng)增大，電弧拘束度有所減弱，電弧力減小，焊縫熔深減小，熔寬增大?；「邷p小時(shí)，情況反之。為了保證保護(hù)效果，焊槍噴嘴高度應(yīng)盡量小一些。所以，合適的焊槍高度（弧高）對(duì)焊接質(zhì)量的提高也是很重要的。任務(wù)4變極性TIG焊先進(jìn)焊接與連接技術(shù)86任務(wù)5尾孔TIG焊任務(wù)解析通過(guò)完成本任務(wù)，使學(xué)生能夠根據(jù)掌握尾孔TIG（K-TIG）焊技術(shù)，掌握K-TIG焊接原理，熟悉K-TIG焊的焊接工藝，掌握K-TIG焊接特點(diǎn)，熟悉K-TIG焊接裝置，了解K-TIG應(yīng)用。必備知識(shí)尾孔TIG焊接（KeyholeTIGwelding，簡(jiǎn)稱K-TIG焊）技術(shù)是2000年左右出現(xiàn)的一種大電流TIG焊接新技術(shù)，由澳大利亞CSIRO開(kāi)發(fā)，其焊接過(guò)程中會(huì)形成尾孔（也稱“匙孔”），生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)TIG焊接大大提高。K-TIG是在傳統(tǒng)TIG焊的基礎(chǔ)上，通過(guò)大電流形成的較大電弧壓力與熔池液態(tài)金屬的表面張力實(shí)現(xiàn)相對(duì)的平衡，形成小孔而實(shí)現(xiàn)的深熔焊的焊接方法。焊接過(guò)程穩(wěn)定、波紋細(xì)膩、成型美觀、焊縫的微觀組織和力學(xué)性能優(yōu)于TIG