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(qiáng)，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(diǎn)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(wú)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(shí)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(diǎn)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(guò)高便會(huì)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(guò)快，氫不易折出，而在鎢極氣體電弧焊接時(shí)，氣孔傾向小于氣體金屬電弧焊接。
二.認(rèn)識(shí)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(hù)氣體的一種氣體保護(hù)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(diǎn)
（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(shí)氬氣不溶解于液態(tài)金屬，將其作為氣體保護(hù)  層，使高溫下被焊金屬中的合金元素不會(huì)氧化燒損，并且保護(hù)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(jìn)行氬弧焊。
（4）操作技術(shù)易于掌握，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)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(dòng)氬弧焊；自動(dòng)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(kāi)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(jī)有WS-250型、WS-400型等；交流鎢極氬弧焊機(jī)有WSJ-150型、WSJ-500型等；交直流鎢極氬弧焊機(jī)有WSE-150型、WSE-400型等。
（2）控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是通過(guò)控制線路，對(duì)供電、供氣與穩(wěn)弧等各個(gè)階段的動(dòng)作進(jìn)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(dòng)或停止焊機(jī)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(shí)，可選擇氣冷式焊槍 見(jiàn)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(kāi)關(guān)手輪 8-通氣接頭   9-通電接頭

 
焊接電流大于150A時(shí)，必須采用水冷式焊槍見(jiàn)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(kāi)關(guān)   10-扎線   11-手把   12-插圈   13-進(jìn)氣皮管   14-出水皮管   15-水冷纜管  16-活動(dòng)接頭   17水電接頭

 
常見(jiàn)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(biāo)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(kāi)閉氣路的裝置，由延時(shí)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(lái)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(guò)150A時(shí)，必須通水冷卻，并以水壓開(kāi)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(shí)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(hào)是Wl、W2，純度99.85%以上。純鎢極要求焊機(jī)空載電壓較高，使用交流電時(shí)，承載電流能力較差，故目前很少采用。為了便于識(shí)別常將其涂成綠色。
b.釷鎢極其牌號(hào)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(shí)別常將其涂成紅色。
c.鈰鎢極其牌號(hào)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(zhǎng)，放射性極低，是目前推薦使用的電極材料。為了便于識(shí)別常將其涂成灰色。
鎢極的規(guī)格：長(zhǎng)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(tái)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(duì)焊接區(qū)有良好的保護(hù)作用。氬弧焊對(duì)氬氣的純度要求很高，按我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其純度應(yīng)達(dá)到99.99%。
焊接用氬氣以瓶裝供應(yīng)，其外表涂成灰色，并且標(biāo)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(shí)，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(hù)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(shí)
（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(shí)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(shí)，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(shí)，鎢極因接正極溫度較高，容易過(guò)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(jìn)行焊接。
采用直流正接，沒(méi)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(lái)選擇。
 
不同的電源極性和不同的鎢極直徑所對(duì)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(zhǎng)決定。電弧長(zhǎng)度增加，容易產(chǎn)生未焊透的缺陷，并使保護(hù)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(zhǎng)度，一般弧長(zhǎng)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(shí)調(diào)節(jié)。過(guò)快的焊接速度會(huì)使氣體保護(hù)氛圍破壞，焊縫容易產(chǎn)生未焊透和氣孔；焊接速度太慢時(shí)，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(hù)區(qū)的范圍，一般根據(jù)鎢極直徑來(lái)選擇。按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)：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(shí)，熔池平穩(wěn)，表面明亮無(wú)渣，無(wú)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(guò)大，氣體保護(hù)效果差；若距離過(guò)小，雖對(duì)氣體保護(hù)有利，但能觀察的范圍和保護(hù)區(qū)域變小。
（7）鎢極伸出長(zhǎng)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(zhǎng)度一般為3～4mm。伸出長(zhǎng)度過(guò)小，焊工不便于觀察熔化狀況，對(duì)操作不利；伸出長(zhǎng)度過(guò)大，氣體保護(hù)效果會(huì)受到一定的影響。
操作提示：
用焊點(diǎn)試驗(yàn)法來(lái)判斷氣體保護(hù)效果,具體的方法是在鋁板上點(diǎn)焊。電弧引燃后焊槍固定不動(dòng)，待燃燒5～10s后斷開(kāi)電源。這時(shí)鋁板上焊點(diǎn)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(hù)區(qū)域，稱為去氧化膜區(qū)，其直徑越大，說(shuō)明保護(hù)效果好。
 
1—鎢極、2—焊槍、3—焊件
在生產(chǎn)實(shí)際中也可以通過(guò)直接觀察焊縫表面色澤和是否存在氣孔來(lái)判定氣體保護(hù)效果如何，見(jiàn)下表。
不銹鋼，鋁合金氣體保護(hù)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(lán)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(diǎn)
（1）引弧通常手工鎢極氬弧焊機(jī)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(diǎn)上直接引燃電弧。如沒(méi)有引弧裝置操作時(shí)，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(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，很容易燒損鎢極端頭。
（2）持槍姿勢(shì)和焊槍、焊件與焊絲的相對(duì)位置
 
 
焊槍、焊件與焊絲的相對(duì)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(dòng)，電弧指向已焊部分，有利于氬氣保護(hù)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(dòng)，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(jìn)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(shí)，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?gòu)澢粗?、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(dòng)作送絲，無(wú)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(dòng)作，將焊絲端部的熔滴送入熔池，全位置焊時(shí)多用此法。
 
 
（5）收弧一般氬弧焊機(jī)都配有電流自動(dòng)衰減裝置，收弧時(shí)，通過(guò)焊槍手柄上的按鈕斷續(xù)送電來(lái)填滿弧坑。若無(wú)電流衰減裝置時(shí)，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(zhǎng)電弧、斷續(xù)送電等。收弧時(shí)，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(huì)自動(dòng)延時(shí)幾秒鐘停氣，以防止金屬在高溫下產(chǎn)生氧化。

四 . 任務(wù)實(shí)施，焊工檢測(cè)
1．焊前準(zhǔn)備
（1）焊接設(shè)備  型鎢極氬弧焊機(jī)。
（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(zhǎng)×寬×厚為××mm。
（6）焊絲牌號(hào) ，直徑為  mm。
（7）焊件與焊絲清理：                          .
2、調(diào)試焊機(jī)
1）分別開(kāi)啟氣閥和電源開(kāi)關(guān)，若無(wú)無(wú)異常情況，可調(diào)節(jié)焊接電流為A，氬氣流量為L(zhǎng)/min。
2）正式操作前，通過(guò)短時(shí)焊接，對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次負(fù)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(zhǎng)度/mm
氮?dú)饬髁?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(jiàn)下圖所示.
 
 
起焊時(shí)，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(jìn)行試探，當(dāng)感到該部位變軟開(kāi)始熔化時(shí)，立即填加焊絲，焊絲的填充一般采用斷續(xù)點(diǎn)滴填充法，同時(shí)，焊槍向前作微微擺動(dòng)。焊接過(guò)程中，若焊件間隙變小時(shí)，則應(yīng)停止填絲，將電弧壓低1～2mm，直接進(jìn)行擊穿；當(dāng)間隙增大時(shí)，應(yīng)快速向熔池填加焊絲，然后向前移動(dòng)焊槍。一根焊絲用完后，焊槍暫不抬起，按下電流衰減開(kāi)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(dòng)正常焊接電流，繼續(xù)進(jìn)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(shí)稍大些的鎢極直徑及焊絲。操作時(shí)，焊絲與焊件間的角度盡量減小，焊槍作小鋸齒形橫向擺動(dòng)。
（3）焊后關(guān)閉氣路和電源，并清理操作現(xiàn)場(chǎng)
焊接質(zhì)量評(píng)定表

五 . 技術(shù)指導(dǎo)
問(wèn)題1. 操作過(guò)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(wèn)題2. 手工鎢極氬弧焊的氬氣流量大小對(duì)焊縫質(zhì)量有何影響？
回答：如果氬氣流量過(guò)小，容易產(chǎn)生氣孔、焊縫被氧化等缺陷；若氬氣流量過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生紊流，使空氣卷入焊接區(qū)，降低保護(hù)效果。在生產(chǎn)實(shí)踐中，孔徑在12～20mm的噴嘴，最佳氬氣流量范圍為8～16L/min。
問(wèn)題3. 手工鎢極氬弧焊時(shí)，如何判斷焊接電流是否合適？
回答：焊接電流合適時(shí)，鎢極端部的電弧呈半球狀（下圖a），此時(shí)電弧穩(wěn)定，焊縫成形良好；焊接電流過(guò)小時(shí)，鎢極端部電弧偏移，此時(shí)電弧飄動(dòng)（下圖b）；焊接電流過(guò)大時(shí)，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(guò)小     c）焊接電流過(guò)大
問(wèn)題4. 手工鎢極氬弧焊過(guò)程中應(yīng)該注意哪些事宜？
回答：打底焊時(shí)，應(yīng)盡量采用短弧焊接，填絲量要少，焊槍盡可能不擺動(dòng)，當(dāng)焊件間隙較小時(shí)，可直接進(jìn)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(lái)處理定位焊縫上的缺陷。
蓋面焊時(shí)，填充焊絲要均勻，快慢適當(dāng)。過(guò)快焊縫余高大；過(guò)慢則焊縫下凹和咬邊。焊至收尾處焊件溫度會(huì)提高很多，這時(shí)就應(yīng)適當(dāng)加快焊接速度，收弧時(shí)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(shí)操作，這一點(diǎn)有別于焊條電弧焊。操作時(shí)，雙手配合協(xié)調(diào)顯得尤為重要。因此，應(yīng)加強(qiáng)這方面的基本功訓(xùn)練。
問(wèn)題5. 怎樣正確使用手工鎢極氬弧焊機(jī)？
回答：焊工工作前，應(yīng)看懂焊接設(shè)備使用說(shuō)明書，掌握焊接設(shè)備一般構(gòu)造和正確的使用方法；焊機(jī)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(jī)使用前，必須檢查水路、氣路的連接是否良好，以保證焊接時(shí)正常供水、氣；工作完畢或臨時(shí)離開(kāi)工作現(xiàn)場(chǎng)，必須切斷電源，關(guān)閉水源及氣瓶閥門。
問(wèn)題6. 手工鎢極氬弧焊機(jī)常見(jiàn)哪些故障？怎樣排除？
回答：鎢極氬弧焊機(jī)常見(jiàn)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(jī)熔斷器斷路、焊槍開(kāi)關(guān)接觸不良使焊機(jī)不能正常啟動(dòng)；焊機(jī)內(nèi)部電子元件損壞或其他機(jī)械設(shè)備故障等。常見(jiàn)故障及排除方法列于下表。
鎢極氬弧焊機(jī)常見(jiàn)故障、產(chǎn)生原因及排除方法