氬弧焊的鋁及鋁合金焊接工

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氬弧焊的鋁及鋁合金焊接工

一、鋁金屬性質(zhì)
1．導(dǎo)熱性強，熱熔量大（約為鋼的3～4倍）。
2．線膨脹系數(shù)大（約為鋼的2倍）。
3．熔點低（660℃）其合金更低（鋁合金系列為595℃，鋁鋅系列為475℃）。
4．液態(tài)和固態(tài)無顏色的變化。
5．鋁合金中的錳、鎂、鋅等在高溫極易蒸發(fā)。
6．導(dǎo)電率高，特別在電阻焊接中，電能的需要比焊接鋼時高。
7．在常溫中，其表面與空氣形成一層致密的氧化膜（AI2O3），熔點在2050℃，氧化膜能吸附大量的   水分，而形成氣孔，容易引起夾渣，（因氧化膜比重與鋁相近）
8．氫在鋁的液態(tài)和固態(tài)的溶介比為20左右，（所以若在焊接氣氛中的氫含量過高便會容易產(chǎn)生氣孔）所以在氣體金屬電弧焊接中，焊縫冷卻速度過快，氫不易折出，而在鎢極氣體電弧焊接時，氣孔傾向小于氣體金屬電弧焊接。
二.認識手工鎢極氬弧焊及其設(shè)備
1．氬弧焊的原理
氬弧焊是使用氬氣作為保護氣體的一種氣體保護電弧焊方法

a)鎢極氬弧焊                       b)熔化極氬弧焊
1—熔池  2一噴嘴  3一鎢極  4一氣體  5一焊縫  6一焊絲  7一送絲滾輪
2．氬弧焊的特點
（1）焊縫質(zhì)量較高  由于氬氣是惰性氣體，不與金屬產(chǎn)生化學(xué)    反應(yīng)，同時氬氣不溶解于液態(tài)金屬，將其作為氣體保護  層，使高溫下被焊金屬中的合金元素不會氧化燒損，并且保護效果好，因此，能獲得較高的焊接質(zhì)量。
（2）焊接變形與應(yīng)力小，特別適宜于薄件的焊接。
（3）可焊的材料范圍廣，幾乎所有的金屬材料都可進行氬弧焊。
（4）操作技術(shù)易于掌握，容易實現(xiàn)機械化和自動化。
3．氬弧焊的分類
根據(jù)所用的電極材料可分為:
鎢極氬弧焊(不熔化極) (用TIG表示)  ； 熔化極氬弧焊(用MIG表示)
2. 根據(jù)操作方式可分為:
手工氬弧焊； 半自動氬弧焊；自動氬弧焊
3. 根據(jù)采用的電源種類可分為:
直流氬弧焊； 交流氬弧焊
4．鎢極氬弧焊設(shè)備
手工鎢極氬弧焊設(shè)備由焊接電源、焊槍、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等部分組成

1-焊件   2-焊槍  3-遙控盒  4-冷卻水  5-電源與控制系統(tǒng)   6-電源開關(guān)  7-流量調(diào)節(jié)器  8-氬氣瓶
（1）焊接電源
鎢極氬弧焊要求采用具有陡降外特性的焊接電源，有直流電源和交流電源兩種。常用的直流鎢極氬弧焊機有WS-250型、WS-400型等；交流鎢極氬弧焊機有WSJ-150型、WSJ-500型等；交直流鎢極氬弧焊機有WSE-150型、WSE-400型等。
（2）控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是通過控制線路，對供電、供氣與穩(wěn)弧等各個階段的動作進行控制。
手工鎢極氬弧焊控制程序
（3）焊槍
焊槍的作用是裝夾鎢極、傳導(dǎo)焊接電流、輸出氬氣流和啟動或停止焊機的工作系統(tǒng)。焊槍分為大、中、小三種，按冷卻方式又可分為氣冷式和水冷式。當(dāng)所用焊接電流小于150A時，可選擇氣冷式焊槍 見下圖。
1-鎢極  2-陶瓷噴嘴  3-槍體  4-短帽   5-手把  6-電纜  7-氣體開關(guān)手輪 8-通氣接頭   9-通電接頭

 
焊接電流大于150A時，必須采用水冷式焊槍見下圖：
1-鎢極  2-陶瓷噴嘴   3-導(dǎo)流件  4、8-密封圈  5-槍體   6-鎢極夾頭  7-蓋帽   9-船形開關(guān)   10-扎線   11-手把   12-插圈   13-進氣皮管   14-出水皮管   15-水冷纜管  16-活動接頭   17水電接頭

 
常見的焊槍噴嘴形狀示意圖
a）圓柱帶錐形. b）圓柱帶球形.c）圓錐形
（4）供氣系統(tǒng)
1．供氣系統(tǒng)由氬氣瓶、氬氣流量調(diào)節(jié)器及電磁氣閥組成。
（1）氬氣瓶外表涂灰色，并用綠漆標以“氬氣”字樣。氬氣瓶最大壓力為15MPa，容積為40L。
（2）電磁氣閥是開閉氣路的裝置，由延時繼電器控制，可起到提前供氣和滯后停氣的作用。
（3）氬氣流量調(diào)節(jié)器起降壓和穩(wěn)壓的作用及調(diào)節(jié)氬氣流量。氬氣流量調(diào)節(jié)器的外形如右圖。

（5）冷卻系統(tǒng)用來冷卻焊接電纜、焊槍和鎢極。如果焊接電流小于150A可以不用水冷卻。使用的焊接電流超過150A時，必須通水冷卻，并以水壓開關(guān)控制。
2．鎢極氬弧焊的焊接材料
鎢極氬弧焊的焊接材料主要有鎢極、氬氣和焊絲。
（1）鎢極氬弧焊時鎢極作為電極起傳導(dǎo)電流、引燃電弧和維持電弧正常燃燒的作用。目前所用的鎢極材料主要有以下幾種。
a.  純鎢極其牌號是Wl、W2，純度99.85%以上。純鎢極要求焊機空載電壓較高，使用交流電時，承載電流能力較差，故目前很少采用。為了便于識別常將其涂成綠色。
b.釷鎢極其牌號是WTh-10、WTh-15，是在純鎢中加入1％～2%的氧化釷(ThO2)而成。釷鎢極電子發(fā)射率提高，增大了許用電流范圍，降低了空載電壓，改善引弧和穩(wěn)弧性能，但是具有微量放射性。為了便于識別常將其涂成紅色。
c.鈰鎢極其牌號是Wce-20，是在純鎢中加入2%的氧化鈰(CeO)而成。鈰鎢極比釷鎢極更容易引弧，使用壽命長，放射性極低，是目前推薦使用的電極材料。為了便于識別常將其涂成灰色。
鎢極的規(guī)格：長度范圍供給，在76～610mm之間；
常用的直徑為0.5、1.0、1.6、2.0、2.4、3.2、4.0、5.0、6.3、8.0、10mm多種。鎢極端部的形狀
 
 
a) 圓錐形 .   b)圓臺形 .  c)球形
（2）氬氣惰性氣體，氬氣的密度比空氣大，可形成穩(wěn)定的氣流層，覆蓋在熔池周圍，對焊接區(qū)有良好的保護作用。氬弧焊對氬氣的純度要求很高，按我國現(xiàn)行標準規(guī)定，其純度應(yīng)達到99.99%。
焊接用氬氣以瓶裝供應(yīng)，其外表涂成灰色，并且標注有綠色“氬氣”字樣。氬氣瓶的容積一般為40L，最高工作壓力為15MPa。使用時，一般應(yīng)直立放置。
（3）焊絲氬弧焊用焊絲主要分鋼焊絲和有色金屬焊絲兩大類。焊絲可按GB/T8110-1995《氣體保護電弧焊用碳、低合金鋼焊絲》和YB/T5092-1996《焊接用不銹鋼焊絲》選用。焊接有色金屬一般采用與母材相當(dāng)?shù)暮附z。氬弧焊用焊絲直徑主要有0.8、1.0、1.2、1.4、1.5、1.6、2.0、2.4、2.5、4.0、5.0、6.0mm等十余種規(guī)格，多選用直徑2.0～4.0mm的焊絲。
三．手工鎢極氬弧相關(guān)知識
（1）焊接電源的種類和極性
鎢極氬弧焊可以采用交流或直流兩種焊接電源，采用哪種電源與所焊金屬或合金種類有關(guān)；采用直流電源時還要考慮極性的選擇。
 
a）直流反接                    b）直流正接
采用直流反接時，焊件是陰極，質(zhì)量較大的氬正離子流向焊件，撞擊金屬熔池表面，可將鋁、鎂等金屬表面致密難熔的氧化膜擊碎，這種現(xiàn)象稱為“陰極破碎”作用。
但是直流反接時，鎢極因接正極溫度較高，容易過熱或燒損。所以，鋁、鎂及其合金一般不采用直流反接，而應(yīng)盡可能使用交流電進行焊接。
采用直流正接，沒有“陰極破碎”作用，故適用于焊接不銹鋼、耐熱鋼、鈦、銅及其合金。
 
 
電源種類和極性的選擇
電源種類和極性
被焊金屬材料
直流正接
低碳剛，低合金剛，不銹鋼，耐熱剛和銅，鈦及合金
直流反接
適用各種金屬的熔化極氬弧焊，鎢極氬弧焊很少采用
交流電源
鋁，鎂及其合金

（2）鎢極直徑與焊接電流
鎢極直徑應(yīng)根據(jù)焊接電流大小而定，焊接電流通常根據(jù)焊件的材質(zhì)、厚度來選擇。
 
不同的電源極性和不同的鎢極直徑所對應(yīng)的許用電流
鈰鎢極直徑mm
許用電流范圍A
電源極性
 
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
交流電源
20～60
60～120
100～180
160～250
200～320

鋁合金手工鎢極氬弧焊的焊接電流
材料厚度（mm）
鎢極直徑（mm）
焊絲直徑（mm）
焊接電流（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）電弧電壓
電弧電壓主要由弧長決定。電弧長度增加，容易產(chǎn)生未焊透的缺陷，并使保護效果變差，因此應(yīng)在電弧不短路的情況下，盡量控制電弧長度，一般弧長近似等于鎢極直徑。
（4）焊接速度
焊接速度通常是由焊工根據(jù)熔池的大小、形狀和焊件熔合情況隨時調(diào)節(jié)。過快的焊接速度會使氣體保護氛圍破壞，焊縫容易產(chǎn)生未焊透和氣孔；焊接速度太慢時，焊縫容易燒穿和咬邊。
（5）氬氣流量與噴嘴直徑
噴嘴直徑的大小，直接影響保護區(qū)的范圍，一般根據(jù)鎢極直徑來選擇。按生產(chǎn)經(jīng)驗：2倍的鎢極直徑再加上4mm即為選擇的噴嘴直徑。
流量合適時，熔池平穩(wěn)，表面明亮無渣，無氧化痕跡，焊縫成形美觀；流量不合適，熔池表面有渣，焊縫表面發(fā)黑或有氧化皮。氬氣的合適流量為0.8～1.2倍的噴嘴直徑。
（6）噴嘴與焊件間的距離
噴嘴與焊件間的距離以8～14mm為宜。距離過大，氣體保護效果差；若距離過小，雖對氣體保護有利，但能觀察的范圍和保護區(qū)域變小。
（7）鎢極伸出長度
為了防止電弧熱燒壞噴嘴，鎢極端部應(yīng)突出噴嘴以外，其伸出長度一般為3～4mm。伸出長度過小，焊工不便于觀察熔化狀況，對操作不利；伸出長度過大，氣體保護效果會受到一定的影響。
操作提示：
用焊點試驗法來判斷氣體保護效果,具體的方法是在鋁板上點焊。電弧引燃后焊槍固定不動，待燃燒5～10s后斷開電源。這時鋁板上焊點周圍因受到“陰極破碎”作用，出現(xiàn)銀白色區(qū)域，這就是氣體有效保護區(qū)域，稱為去氧化膜區(qū)，其直徑越大，說明保護效果好。
 
1—鎢極、2—焊槍、3—焊件
在生產(chǎn)實際中也可以通過直接觀察焊縫表面色澤和是否存在氣孔來判定氣體保護效果如何，見下表。
不銹鋼，鋁合金氣體保護效果的判斷
焊接材料
最好
良好
較好
最壞
不銹鋼
銀白，金黃
藍色
紅灰
黑色
鋁合金
銀白色
 
 
黑灰色
 
2．手工鎢極氬弧焊操作要點
（1）引弧通常手工鎢極氬弧焊機本身具有引弧裝置（高壓脈沖發(fā)生器或高頻振蕩器），鎢極與焊件并不接觸保持一定距離，就能在施焊點上直接引燃電弧。如沒有引弧裝置操作時，可使用純銅板或石墨板作引弧板，在其上引弧，使鎢極端頭受熱到一定溫度（約1s），立即移到焊接部位引弧焊接。這種接觸引弧，會產(chǎn)生很大的短路電流，很容易燒損鎢極端頭。
（2）持槍姿勢和焊槍、焊件與焊絲的相對位置
 
 
焊槍、焊件與焊絲的相對位置
 
一般焊槍與焊件表面成70°～80°左右的夾角，填充焊絲與焊件表面為15°～20°
（3）右焊法與左焊法右焊法適用于厚件的焊接，焊槍從左向右移動，電弧指向已焊部分，有利于氬氣保護焊縫表面不受高溫氧化。
左焊法適用于薄件的焊接，焊槍從右向左移動，電弧指向未焊部分有預(yù)熱作用，容易觀察和控制熔池溫度，焊縫形成好，操作容易掌握。一般均采用左焊法。
（4）焊絲送進方法一種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絲便于操作的部位。需要送絲時，將彎曲捏住焊絲的拇指和食指伸直如下b圖，即可將焊絲穩(wěn)穩(wěn)地送入焊接區(qū)，然后借助中指和虎口托住焊絲，迅速彎曲拇指、食指，向上倒換捏住焊絲如下a圖，如此反復(fù)的填充焊絲。
 
 
 
另一種方法如下圖所示夾持焊絲，用左手拇指、食指、中指配合動作送絲，無名指和小手指夾住焊絲控制方向，靠手臂和手腕的上、下反復(fù)動作，將焊絲端部的熔滴送入熔池，全位置焊時多用此法。
 
 
（5）收弧一般氬弧焊機都配有電流自動衰減裝置，收弧時，通過焊槍手柄上的按鈕斷續(xù)送電來填滿弧坑。若無電流衰減裝置時，可采用手工操作收弧，其要領(lǐng)是逐漸減少焊件熱量，如改變焊槍角度、稍拉長電弧、斷續(xù)送電等。收弧時，填滿弧坑后，慢慢提起電弧直至熄弧，不要突然拉斷電弧。
熄弧后，氬氣會自動延時幾秒鐘停氣，以防止金屬在高溫下產(chǎn)生氧化。

四 . 任務(wù)實施，焊工檢測
1．焊前準備
（1）焊接設(shè)備  型鎢極氬弧焊機。
（2）氬氣瓶及氬氣流量調(diào)節(jié)器（型）
（3）鈰鎢極直徑為mm。
（4）氣冷式焊槍  型。
（5）焊件（材料），長×寬×厚為××mm。
（6）焊絲牌號 ，直徑為  mm。
（7）焊件與焊絲清理：                          .
2、調(diào)試焊機
1）分別開啟氣閥和電源開關(guān)，若無無異常情況，可調(diào)節(jié)焊接電流為A，氬氣流量為L/min。
2）正式操作前，通過短時焊接，對設(shè)備進行一次負載檢查，檢查氣路和電路系統(tǒng)工作是否正常。
3、確定焊接工藝參數(shù)
 
焊接工藝參數(shù)
焊接層次
鎢極直徑/mm
噴嘴直徑/mm
鎢極伸出長度/mm
氮氣流量/L.min
焊絲直徑/mm
焊接電流/A
底層焊

蓋面焊

4、焊接操作
（1）打底層焊接
采用左焊法，焊絲、焊槍與焊件之間的角度，見下圖所示.
 
 
起焊時，將穩(wěn)定燃燒的電弧移向定位焊縫的邊緣，用焊絲迅速觸及焊接部位進行試探，當(dāng)感到該部位變軟開始熔化時，立即填加焊絲，焊絲的填充一般采用斷續(xù)點滴填充法，同時，焊槍向前作微微擺動。焊接過程中，若焊件間隙變小時，則應(yīng)停止填絲，將電弧壓低1～2mm，直接進行擊穿；當(dāng)間隙增大時，應(yīng)快速向熔池填加焊絲，然后向前移動焊槍。一根焊絲用完后，焊槍暫不抬起，按下電流衰減開關(guān)，左手迅速更換焊絲，將焊絲端頭置于熔池邊緣之后，啟動正常焊接電流，繼續(xù)進行焊接。
（2）蓋面焊
蓋面層焊接應(yīng)適當(dāng)加大焊接電流，可選擇比打底層焊接時稍大些的鎢極直徑及焊絲。操作時，焊絲與焊件間的角度盡量減小，焊槍作小鋸齒形橫向擺動。
（3）焊后關(guān)閉氣路和電源，并清理操作現(xiàn)場
焊接質(zhì)量評定表

五 . 技術(shù)指導(dǎo)
問題1. 操作過程中，若不慎焊絲與鎢極相觸碰怎么辦？
回答：如果焊絲與鎢極相觸碰，發(fā)生瞬間短路造成焊縫污染和夾鎢。應(yīng)立即停止焊接，用砂輪磨掉被污染處，直至露出金屬光澤，被污染的鎢極要重新磨尖后，方可繼續(xù)施焊。
問題2. 手工鎢極氬弧焊的氬氣流量大小對焊縫質(zhì)量有何影響？
回答：如果氬氣流量過小，容易產(chǎn)生氣孔、焊縫被氧化等缺陷；若氬氣流量過大，則會產(chǎn)生紊流，使空氣卷入焊接區(qū)，降低保護效果。在生產(chǎn)實踐中，孔徑在12～20mm的噴嘴，最佳氬氣流量范圍為8～16L/min。
問題3. 手工鎢極氬弧焊時，如何判斷焊接電流是否合適？
回答：焊接電流合適時，鎢極端部的電弧呈半球狀（下圖a），此時電弧穩(wěn)定，焊縫成形良好；焊接電流過小時，鎢極端部電弧偏移，此時電弧飄動（下圖b）；焊接電流過大時，鎢極端部發(fā)熱，鎢極的部分熔化脫落到熔池中（下圖c）形成夾鎢等缺陷，并且電弧不穩(wěn)，焊接質(zhì)量差。
 
 
a）焊接電流正常     b）焊接電流過小     c）焊接電流過大
問題4. 手工鎢極氬弧焊過程中應(yīng)該注意哪些事宜？
回答：打底焊時，應(yīng)盡量采用短弧焊接，填絲量要少，焊槍盡可能不擺動，當(dāng)焊件間隙較小時，可直接進行擊穿焊接；如果定位焊縫有缺陷，必須將缺陷磨掉，不允許用重熔的辦法來處理定位焊縫上的缺陷。
蓋面焊時，填充焊絲要均勻，快慢適當(dāng)。過快焊縫余高大；過慢則焊縫下凹和咬邊。焊至收尾處焊件溫度會提高很多，這時就應(yīng)適當(dāng)加快焊接速度，收弧時多送幾滴熔滴填滿弧坑，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。
手工鎢極氬弧焊是雙手同時操作，這一點有別于焊條電弧焊。操作時，雙手配合協(xié)調(diào)顯得尤為重要。因此，應(yīng)加強這方面的基本功訓(xùn)練。
問題5. 怎樣正確使用手工鎢極氬弧焊機？
回答：焊工工作前，應(yīng)看懂焊接設(shè)備使用說明書，掌握焊接設(shè)備一般構(gòu)造和正確的使用方法；焊機應(yīng)按外部接線圖正確連接，并檢查銘牌電壓值與網(wǎng)路電壓值必須相符，外殼必須可靠接地；焊機使用前，必須檢查水路、氣路的連接是否良好，以保證焊接時正常供水、氣；工作完畢或臨時離開工作現(xiàn)場，必須切斷電源，關(guān)閉水源及氣瓶閥門。
問題6. 手工鎢極氬弧焊機常見哪些故障？怎樣排除？
回答：鎢極氬弧焊機常見故障有水、氣路堵塞或泄漏；焊槍鎢極夾頭未旋緊，引起電弧不穩(wěn)；焊件與地線接觸不良或鎢極不潔引不起?。缓笝C熔斷器斷路、焊槍開關(guān)接觸不良使焊機不能正常啟動；焊機內(nèi)部電子元件損壞或其他機械設(shè)備故障等。常見故障及排除方法列于下表。
鎢極氬弧焊機常見故障、產(chǎn)生原因及排除方法