2024年2月6日发(作者：)
焊接基础
TIG焊接篇
核融合实验炉用线圈的TIG焊接
TIG 电弧
液态氦容器(磁悬浮列车用TIG焊接)
株式会社DAIHEN(OTC)焊 1
株式会社DAIHEN(OTC)焊机
基础知识培训教材由以下各篇构成:
NO.T-A09501
1 6
其他电弧焊
电弧焊的基础篇
2
NO.T-B29502
NO.T-M09507
7
CO2/MAG焊接 焊接材料的基础知识
NO.T-B35903
NO.T-F29508
3 8
本册是MIG焊接 等离子切割
4
NO.T-B49504
TIG焊接
NO.T-G19509
9
工业用空气清洁机
NO.T-S09510
NO.T-B19505
5 10
株及会社DAIHEN焊机的埋弧焊接
安装调整的一般知识
2
DAIHEN(OTC) TIG焊接讲座教材目录
1、TIG焊接的原理 ------------------------------------------------------------------- 1
1-1 序言 -------------------------------------------------------- 1
1-2 TIG焊接的原理 ----------------------------------------- 1
2、TIG焊接的起弧方及 ------------------------------------------------------------ 2
3、TIG焊接的主要特点 ------------------------------------------------------------ 3
4、TIG焊接的分类
4-1 各种TIG焊接的比较 ---------------------------------- 4
4-2
4-3
4-4
4-5
5、TIG焊接设备
5-1 TIG焊接电源 ------------------------------------------------ 12~16
5-2 TIG焊接设备的主要构成及功能 ------------------------ 16~23
5-2-1 逆变控制及TIG焊接电源 ----------------------------------- 16~19
5-2-2 TIG焊枪 19~21
5-2-3 钨电极 21~22
5-2-4 附属件 22~23
6、TIG焊接操作的基础
6-1 电极的伸长度 ------------------------------------------- 24
6-2 TIG焊接的操作要领----------------------------------- 24~25
7、TIG焊的一般焊接规范 --------------------------------------------------------- 26
8、有关TIG焊接的主要用语及解说 --------------------------------------------- 27~28
直流TIG焊接法 ---------------------------------------- 5
交流TIG焊接法 ---------------------------------------- 6
脉冲TIG焊接法 ---------------------------------------- 7~10
其他TIG焊接法 ---------------------------------------- 11~12
3
焊接的原理
1-1序言
TIG(TIG=Tungsten Inert Gas的简称)焊接是在惰性气体保护中使用钨电极进行焊接的方法,在1930年得到开发成功。因为最初大多是氦气作为保护气体的，所以当时被地称为氦弧焊。上述名称是美国的产品名称，株式会社DAIHEN(OTC)于1955年与上述菱得公司在焊接技术方面进行合作，为同行业中的先驱者。
株式会社DAIHEN(OTC) 在日本推进了TIG焊接的现代化。现在TIG焊接时一般都广泛使用氩气作为保护气，所以TIG焊接一般也被称为氩弧焊接。
1-2
图1-1
表示了TIG焊接的原理
喷嘴
钨棒夹
保护气体
钨电极
填充焊丝
(Nonconsumable)
直流或交流电源
电弧
母材
图1-1 TIG焊接的原理
TIG焊接是在非溶化的钨电极及母材间产生电弧，利用氩气等惰性气体将熔融金属从大气中保护起来，通过电极及母材间产生电弧热融化母材并结合的方法。
TIG焊接方法中有如上述TIG焊接原理图中所示的使用填丝材料的填丝TIG焊接及不使用填丝材料只融化母材的TIG焊。
4
焊接的起弧方法
TIG焊接按起弧方法的不同可以分为“高频引弧方法”、“直流高压引弧方式”以及不使用高频及高压而使用接触引弧的“接触引弧方式”。最近，从世界的倾向来看，对从高频中发生的噪音的限制越来越严格，环境保护的要求越来越高。所以，今后将越来越朝者不使用高频的引弧方及的方向发展。
1、高频引弧方式
电极
母材
直流高压电源
图2-2直流高压引弧方法
TIG
焊机
高频
母材
电极
电极与母材不接触，通过在电极及母材间施加高频进行起弧的方法
图2-1 高频引弧法
直流高压引弧方式
TIG焊机
TIG
焊机
电极与母材不接触，通过在电极及母材间施加直流高压进行起弧的方法
接触引弧法
电极
电弧
电极与母材接触，然后提起电极后发生电弧的方法
母材
图2-3 接触引弧法
5
焊接的主要特点
TIG焊接焊接的主要特点如下:
由于使用惰性保护气体，对金属的保护效果较好，可以得到高质量的焊接结果。
可以对几乎所有工业中使用的金属进行焊接。
焊接飞溅少，操作方便。
可以用于任何形状的接头的焊接，并且对焊接姿势没有限制。
在小电流区可以得到稳定的电弧，所以可以用于薄板的焊接。另外，TIG焊接容易得到单面焊双面成形。
矩形波交流脉冲TIGH焊接铝材料后的焊缝外观。
1.2mm
9mm
板厚不同的焊接接头的截面宏观照片。
1.2
0.6
端边焊接接头的截面宏观照片。
不锈钢网的端边焊接接头的外观照片。
图3-1 典型TIG焊接的例子
同时TIG焊接也有如下缺点:
由于使用比较贵的氩气作为保护气体，焊接成本较高。
与MIG等熔化极电弧焊接相比，焊接速度低(焊接工作效率差)
作为保护气体保护焊接的一种，容易受风的影响。
6
焊接方法的分类
4-1 各种TIG焊接方法的比较
在TIG焊接法中有交流TIG焊接、直流TIG焊以及焊接电流周期变化的脉冲TIG焊接法。各种焊接方法中使用的电极极性以及电流的控制方法如表4-1所示。
另外，各种典型材料适用的焊机种类如表4-2嶄侭幣。
各种材料有其特有的特性，选用时要根据目的选择合适的焊机。
表4-1 各种TIG焊的比较
直流TIG焊 交流TIG焊 脉冲TIG焊
焊机外特性 恒电流特性 缓降特性或恒电流 脉冲电流
极性 直流正接(焊枪负) 交流 直流正接或交流
使用电流(A) 4~500 10~500 1~500
适用板厚(mm) 0.3以上 0.5以上 0.1以上
焊接姿势 全位置 全位置 全位置
容易焊接薄板
特点 有清氧化膜的功能
焊接速度提高
不锈钢(直流)
活性金属以外的任铝合金
主要适用材料 低合金钢(直流)
何金属 镁合金
铝合金 (交流)
廣:使用直流TIG焊时，如果使用直流反接(焊枪侧接正)的话，则钨极消耗严重，所以进行直流TIG焊接一般不使用直流反接
表4-2 TIG焊接中的焊机选择
直流焊机
被焊材料 交流焊机
(焊枪侧接负)
碳素钢 @ $
铸铁
@ $
注:
不锈钢
@ $
符号$：推荐使用
铝
$ X
镁 $ X
符号@：可以焊接，但不推荐
硅钢、无氧钢 X $
符号X：不适合
黄铜 @ $
银
@ $
Inconel(因科@ $
镍)合金
只有在需要利用阴极雾化作用将母材表面氧化膜去除的铝，镁合金的焊接以及要求得到浅的溶深的堆焊时才用交流TIG焊接。其他情况下都使用直流正接进行
焊接。
7
4-2 直流TIG焊接法
为TIG焊接中应用最多的焊接法。使用有恒电流特性的直流焊机，如图4-1所时接法为将钨电极(焊枪侧)接负的直流正接法。直流TIG焊接可以用于除铝及镁合金以外的几乎所有的金属的焊接。
电极极性
电流
电流焊机
电流
图4-1 电流TIG焊接法
母材
图4-2中为电极接正及电极接负时的特性比较
电极接正
电极接负
焊机
焊机
电流
电子及离子的移动情况
电子
离子
电极
电流
电极
电子
离子
电极寿命
差，需要大直径电极
(比如, 6.4mm---120A )
好，不需要大直径电极
(比如, 3.2mm---400A )
焊缝溶深
溶深深，焊缝窄
氧化膜清洁作用
无
直流TIG焊接时一般都在此用 途
电极消耗严重，用途非常少
状态下使用
图4-2 直流TIG焊中电极接正及电极接负时的特性比较
溶深浅，焊缝宽
有
8
4-3交流TIG焊接法
由于焊接铝及镁合金时要将母材表面上的氧化膜去除，所以需要将母材接负从而利用阴极雾化作用将氧化膜去除。（阴极雾化作用是利用将从正极过来的离子将氧化膜打碎、去除去的功能。图4-3为通过阴极雾化焊缝表面清洁的铝焊接接头的外观W U N
图4-3
铝的表面氧化膜的去除作用
照片。）
如图4-4所示，铝表面上有熔点非常高的氧化膜。当电极接正、母材接负时从电极表面来的离子打在上述氧化膜上从而将之打碎、除去。焊接铝、镁合金材料时需要将表面的氧化膜去除，此功能称为氧化膜清洁作用。
电极接正时有表面清洁作用
离子
钨电极
电子
表面氧化膜
图4-4 铝表面氧化膜去除过程
但是，如图4-4所示当将电极接正、母材接负时，钨电极为阴极，作为阴极区的电极发热量大，电极消耗严重，而且熔深浅（参看图4-2），所以不实用。
为了解决上述问题，如图4-5所示，使用交流TIG焊接法，综合了钨极接正、钨极接负两种接法的优点。即在得到表面清洁作用的同时，电极的消耗得到降低，而且，可以得到钨极接正、钨极接负两种接法的中间形状的熔深。
电流
交流TIG焊机
使用TIG焊焊接铝时候，使用交流TIG焊接法。
母材
电流
图4-5 交流TIG焊接法
9
4-4脉冲TIG焊接法
脉冲TIG焊接法是将焊接电流周期性地变化，调整电弧的特性从而控制焊缝形状的方法。在脉冲TIG焊接中直流脉冲焊及交流脉冲焊两种存在，根据所焊接材料的不同分别选用。图4-2中表示了各种典型材料适用的焊机的配合。下面，对上述两种脉冲TIG焊接法分别作说明。
4-4-1直流脉冲TIG焊接
如图4-6中所示，直流脉冲TIG焊接中将焊接电流周期性地变化，在脉冲电流峰值（IP）期间（TP）将母材熔化，在基值电流（IB）期间（TB）让熔化池冷却，周期性地形成的熔池一层一层地叠加。
焊缝形状
焊接方向
焊缝宽度
脉冲电流波形
Ip
Ib
时间
Tp
Tb
Ip:
脉冲电流峰值(A)
Ib:
基值电流(A)
T
Tp: 脉冲时间(sec)
图4-6电流波形及焊缝形状
图4-7为用直流脉冲TIG焊焊接不锈钢后的焊缝外观照片。从照片中可以看出，焊缝为鱼鳞状。相邻的鱼鳞与鱼鳞之间的距离可以通过焊接速度或脉冲频率来控制。
图4-7利用直流脉冲焊接不锈钢后的焊缝外观
10
另外，直流脉冲焊接根据使用的脉冲频率的不同大致可以分为以下三种。
（1）低频脉冲：0.5-20Hz
（2）中频脉冲:10-500Hz
（3）高频脉冲：1-20KHz
注:上述脉冲频率的数据根据焊机生产厂家、产品的不同会有一些不同。另外，一些厂家将低频脉冲称为低速脉冲、将中频脉冲称为高速脉冲等。
图4-8中，分别表示了使用上述各种脉冲进行直流TIG焊接的事例照片。另外，各种脉冲的用途如下:
（1）低频脉冲：用于异种金属或板厚不一样的材料的焊接。
（2）中频脉冲:用于薄板（0.3mm程度）的焊接。
（3）高频脉冲：用于超薄板（0.1mm程度）、热电偶等要求高质量、超精密的焊接。
0.5~20Hz20KHz20~500Hz
低频脉冲
高频脉冲 中频脉冲
￠可以大幅度改善薄￠可以对一些焊接困难
￠可以用于超薄板(0.1mm)的精密焊接。
利用20KHz的高频电流，即使在1A的超小电流也能得到挺度很好的电弧。可以用于超薄板(0.1mm程度)、热电偶等要求高质量，超精密的焊接。
焊接例
板(0.3mm程度)的焊接性。使用中频焊接电流可以在提高焊接稳定性的同时，使电弧集中，从而大幅度改善薄板(0.3mm程度)的焊接性。
的接头进行焊接。
通过使用低频脉冲电流，可以均匀的双面成型获得漂亮的焊缝外观。
另外，由于使用低频脉冲，适合于异种金属、异板厚材料、有间隙的接头等工件的焊接
焊接例
焊接例
热电偶的焊接。(直径0.25mm)焊接电流1A。
不锈钢的角焊缝的焊接(0.3mm)
低频脉冲焊接焊缝外形焊接电流30A。
(脉冲频率0.8Hz
脉冲占空比50%)
10异板厚不锈钢材料的焊接焊0.1mm不锈钢的搭接焊
板厚0.3mm
焊接电流10A
接电流30A(脉冲频率1.6Hz脉冲占空比50%)
1mm
图4-8直流脉冲TIG焊接例
11
直流脉冲TIG焊接的主要特点如下:
(1) 容易得到单面焊双面成型，可以对一些难焊接位置的接头进行焊接。
(2) 可以非常容易地对薄板、异板厚、异种材料接头进行焊接。
(3) 可焊接的焊接规范范围大，对接头精度的要求低。
(4) 焊接变形小，不易发生焊接缺陷。
(5) 焊缝与母材之间的过渡好。
(6) 进行手工TIG焊接时，由于焊工可以配合脉冲时间进行焊接操作，所以操作将变得方便。
4-4-2 交流脉冲TIG焊接
交流脉冲TIG焊接中的原理与直流脉冲焊接中的原理一样，电流波形按一定周期变化，只是由于是交流TIG焊接时，如图4-9所指示，由于电流极性按50或者60Hz的商用频率正负变化，本来电流波形就呈脉冲形状。在这儿所指的交流脉冲TIG焊接是指将按商用频率正负反转的电流波形的振幅周期性地变化。
脉冲电流
EP
基值电流
0
EN
脉冲电流时间
基值电流时间
图4-9交流脉冲TIG焊接电流波形
关于焊缝的形成机理与直流脉冲TIG焊一样。图4-10为使用交流TIG焊接铝合金后的外观照片。
图4-10为使用交流TIG焊接铝合金后的外观照片。
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交流脉冲TIG焊接是在利用可控硅等半导体元件控制的交流TIG焊机出现以后才实现可能的。并没有多久的历史。交流脉冲TIG焊接一般广泛用于铝合金的焊接。
交流脉冲TIG焊接的主要特点如下:
(1) 容易得到单面焊双面成形，可以对一些难焊位置的接头进行焊接。
(2) 可以得到充分的清洁（阴极雾化）宽度。
(3) 焊缝与母材间的过渡好。
(4) 进行手工TIG焊接时，由于焊工可以配合脉冲时间进行操作，所以操作将变得方便。
4-5 其他TIG焊接方法
4-5-1 热丝TIG焊
虽然TIG焊接可以得到高质量的焊接接头，但由于焊接容敷量少，焊接效率底。这是TIG焊接的缺点。热丝焊接是将焊丝边通电加热边送丝，从而增加容敷量的方法。在可以保持TIG焊接可以得到的高质量的焊接接头的本来优点送丝装置
TIG 焊接电源
导电嘴
的同时，提高焊接效率。
电弧电流
焊丝的加热方法有二种其中一种焊丝电流
为使用专用的焊丝加热电源的双电源及加热法。另一种为使用焊焊丝加热电源
接电流分流来对焊丝进行加热的电极
焊丝伸出长度
分流加热法。图4-11为一般的热图4-11热丝TIG焊系统示意图犯丝TIG焊接示意图
热丝TIG焊接是在TIG焊接电源的基础上再设置一台加热焊丝用的电源，在离开母材10MM的地方通电，利用电阻的发热对焊丝进行加热。这时，由于焊丝是在半熔化的状态下送入溶池的，所以与一般的焊接方法（对焊丝不进行预先加热，也称冷丝焊）相比较，熔数量可以增加到3倍。
所以，不光是在厚焊接时可以提高焊接效率，在焊接薄板时也可以得到通常焊接时的2倍速度。同时，由于热丝焊届预先对焊丝的加热过程中，可以将表面的油脂等烧掉，所以可以抑制气孔的发生。
但是，热丝焊接在友谊上有点的同时也有缺点。焊丝加热电流容易于电弧电流产生干涉从而引起磁偏吹的发生。特别是在高电流区，影响比较明显。所以，现在正在进行增加熔敷量的同时，能抑制磁偏吹影响的方法的研究、构想。
13
4-5-2 TIG电弧点焊
如图4-12所示TIG电弧点焊是用焊枪的端部压在焊板上使之紧密接触，然后利用一定的TIG电弧对搭接板进行加热溶化，并形成点状焊接接头的方法。电弧的发生时间根据焊接母材材质、板厚的不同也不同，但一般情况电弧发生时间在0.5-5秒的范围内，电弧长度则可以在2-3MM的范围内选择。
作为可焊材料有结构钢、不锈钢等多种材料。但是由于不加溶敷材料，所以要求板与板之间有良好的紧密接触。另外，最近铝合金的TIG电弧点焊也开始得到应用 。
焊枪电缆及保护气管
TIG点焊焊枪
焊枪开关扳机
钨电极
保护气体
焊接母材
喷嘴（开）
电弧
熔融部
工作台
图4-12 TIG电弧点焊示意图
焊接设备
5-1 焊接电源
(1) TIG焊接电源发展的历史
TIG焊接电源中根据功能的不同分别有交流焊接电源、直流焊接电源及脉冲焊接电源存在。最近几年中，在同一台焊接电源上可以进行交直流的切换及脉冲有无的选择的多功能焊接电源越来越多。
图5-1中表示了TIG 焊接电源输出控制方及的变化、普及情况以及主要焊机的开发年代
14
1970年左右在直流TIG焊接电源中可控硅控制及焊接电源首次代替了一直使用到那时为止的磁饱和电抗及的焊接电源，焊接电源的性能得到了提高。1976年出现了控制速度能远远超过一般的可控硅的大功率晶体管，焊接电源的性能得到了飞速的发展。
1982利用上述大功率晶体管作为控制元件的晶体管逆变控制的直流电源得到开发，1986年开发成功了交流、直流兼用的逆变控制及TIG焊接电源并产品化，现在正进一步推进焊接电源逆变化
图5-1表示了现在销售在市场上的主要TIG焊接电源的电路构成以及其特点。
焊接法
方式
年份
可控硅控制
非熔化极气体保护电弧焊
控制方式
交流磁饱和电抗器式
动铁心控制
逆变控制
晶体管控制(包括逆变控制)
蝕窟扮豚
直流磁饱和电抗器式
可控硅控制
可控硅
(脉冲)可控硅
(交流/直流)模拟式晶体管
(直流脉冲)
可控硅
(直流)
逆变
(直流脉冲)
逆变
直流/交流)
15
直
流电
源
控制方法
可控硅控制
原 理
变压器 可控硅 直流电抗器
在变压器2次侧通过控制可控硅导通的相位角来调整输出。
特点
容易调整输出并得到稳定的输出。
容易实现大功率化。
晶体管斩波
变压器 可控硅 晶体管 流电抗器
在变压器2次侧对电流进行整流后，通过晶体管对之进行斩波来调整输出。
容易调整输出
高速应对
与逆变控制式焊接电源相比体积大
由于应对速度高，输出电流更加稳定、良好。焊接电流小型、轻便。
焊接电源耗能小
由于自身可以发电，不要配电设备
焊接电源体积大，重量重
噪音大
结构简单
很难保证输出电流的稳定
逆变控制
整流器 逆变器 变压器 整流器 直流电抗在变压器1次侧利用逆变器将上级电流变成高频交流，同时进行输出电流调整。
引擎驱动发电机式
引擎 发电机
斜下降 激磁 整流器 直流电抗器
电路 电路
可动铁心式
驱动用引擎与发电机做成一体，通过抽头切换开关或旋钮进行输出电流的调整。
带可动铁心的变压器 整流器 直流电抗器
通过可动铁心的移动来调整输出电流
通过交直流电路的切换，可以输出交流、直流。
通过控制可控硅到通的相位角来调整输出。通过交直流电路的切换，可以输出交流、直流
在变压器1次侧利用1次逆变器将上级整流过的直流变成高频交流后整流，然后交
流
/
直
流
兼
用
极
可控硅控制
变压器 可控硅 直流电抗器
容易调整输出并得到稳定的输出。可以调整表面氧化膜清洁宽度
逆变控制
整流器1次逆变器 变压器 整流器 直流电抗器2次逆变器
再次通过2次逆变器将整流过的直流变成交流。
输出电流更加稳定
焊接电源小型、轻便
焊接电源耗能小
表面氧化膜清洁宽度的调整范围大。
16
(2)TIG电弧的特性
图5-2中表示的TIG电弧的电压与电流的关系。在到30A的小电流的范围内，随着电弧电流的增加电弧电压减小，呈现负电阻效应，然后转移到恒定电压特性区。随着电弧电流的进一步的提高，终于电压随着电流的增加而增加，呈现上升特性。
60
特性:含2%氧化铈的坞电极(3.2mm)
阴极:水冷铜板
氩气流量:10L/min
40
电弧电压(V)
电弧长度
5mm
3mm
1mm
20
0
100 200 300
电流(A)
图5-2 TIG电弧的电流-电压特性
另外，保持电流-电压一定而增加电弧长度时，电弧电压也基本上成比例上升。这是由于电弧区电压与电弧长度成正比的原因。一次，如图所示，不同电弧长度时的电流-电压特性曲线成平移曲线的形状。
(3)焊接电源的特性
图5-3中表示了焊接电源的外部特性(实线)与电弧的静特性(虚线).在图中本焊接电源的工作点为实线与虚线的交点S电(Q点也为工作点，但由于在Q点电弧不稳定，工作点立即移动到S点).如果电弧长度从L1变为L2，则工作点将有S1变为S2点，但上述二点之间的电流差很小，电弧仍可以维持。
空载电压
缓降外特性來
垂直下降外特性current
电压
(V)
L2
L1
电弧长度L1 电流 (A) 图5-3 焊接电源的外部特性及电弧静特性 17 另外，如果使用垂直下降特性的焊接电源，即使焊接电弧长度有变化，电流也能保持一定，所以可得到溶深恒定的焊接结果。逆变及焊接电源就是使用垂直下降特性 5-2 焊接设备的主要构成及功能 TIG焊接设备的主要构成如下: (1) 焊接电源 (2) 高频发生装置及控制装置 (3) 焊枪 (4) 附属设备（遥控器、填丝TIG的送丝装置、冷却水循环装置等） 上述构成中一般是将高频发生装置、控制装置内藏于焊接电源中，与焊接电源作成一体。图5-4表示了焊接设备的主要构成。 保护气瓶 气体调节器 保护气软管賑焊接电源 焊枪开关 TIG 焊枪 输入电缆逝 焊接母材 接地电缆 遥控电缆 母材侧电缆 TIG焊接设备的连接图 5-2-1 逆变控制及TIG焊接电源 有关焊接电源在上面5-1处以讲过，在此对逆变控制及交流、直流兼用焊接电源作进一步说明。 18 图5-5表示了逆变控制及交直两用TIG焊接电源的构造例。 (1) 二次侧逆变用晶体管 二次整流管 一次整流管 一次侧逆变用晶体管 图5-5 交直两用晶体管逆变控制焊接电源 逆变及直流TIG焊接电源 逆变及直流TIG焊接电源的电路构成如图5-6所示。以下对基本原理进行说明 Inp50/60Hz Outp 控制AC 50/60Hz DC DC DC AC 图5-6 逆变式直流TIG焊接电源的电路构成撹 首先，将商用频率的交流(a)整流、滤波使之平滑，变换成直流(b)。然后，利用以晶体管为开关元件的逆变器件将上述直流变换为8kHZ-50Hz的交流(c)。接着通过变压器将电压降到适合焊接的合适电压(d)，然后再次整流(e)并通过直流电抗器使电流波形平滑。最后将此平滑化的直流电流供给电弧。作为输出电流的控制一般使用脉冲宽度控制方及。 脉冲宽度控制方及的原理如图5-7所示，利用晶体管为开关元件。在一定的周期内进行开关动作，通过改变脉冲宽度来控制输出电流平均值的方法。 19 (2) 开 关 T: 一定的周期 平均输出电流 图5-7 脉冲宽度控制方法 逆变及交流TIG焊接电源 逆变式交流TIG焊接电源的构成 与上述逆变及直流TIG焊接电源不同、从输入、一次整流一次侧逆变器二次整流为止与上述逆变及直流TIG焊接电源一样，但如图5-8所示，在二次整流之后又增加了二次侧逆变器。一次逆变器是将直流变成高频交流，二次逆变器是将从二次整流出来的直流变成适合于交流焊接用的50-100HZ的低频交流。 一次侧逆变器 二次侧逆变器 Tr4 钨电极 输入 Tr1 Tr3 Tr2 50/60Hz 母材 AC 二次整流 一次整流 图5-8 逆变式交流TIG焊接电源的基本电路撹 图5-8当二次侧逆变器Tr1及Tr2打开时得到焊枪侧接正、母材侧接负的极性的电弧，当Tr3及Tr4打开(Tr1及Tr2闭合)时得到焊枪侧接负、母材侧接正的极性的电弧。通过重复这样的交互变化产生交流电弧。 逆变式交流TIG焊接电源中焊枪侧接正的时间比率: 焊枪侧接正的时间比率=焊枪接正的时间 x100% 焊枪接正的时间焊枪接负的时间 当使用逆变式交流TIG焊接电源时，即使上述焊枪侧接正的时间比率偏离50%很多，也不会与原来的可控硅控制式电源一样由于非平衡电流的影响发生变压器、电抗器过度发热等问题。所以 可以自由的调整焊枪侧接正或接负的时间比率 20 图5-9中表示了逆变交流TIG焊接电源输出电流波形的一例 。 焊接侧接负 (EN) 焊接电流(A) 含接侧接正(EP) 时间 图5-9 逆变式交流TIG焊接电源的输出电流波形 在TIG焊接中当将钨电极接正、母材接负时，电弧具有将铝等木材表面的氧化膜去除的清洁功能 (阴极雾化作用)，但同时由于钨电极的过热容易造成电极激烈损耗。在使用逆变式交流TIG焊接电源进行焊接时，为了既能充分得到上述氧化膜清洁作用又能抑制电极的损耗，如图5-9中所示，将焊枪侧接政的实践设定得很短。 由于上述波形在逆变TIG焊接电源以前的电源上无法得到，只有在逆变交流TIG电源上才可以得到。所以，如图5-10中所示，与原先的焊接电源相比较，使用逆变电源时的电极损耗量少。另外，通过改变焊枪侧接正的时间可以很方便地调整氧化膜清洁宽度。 逆变式交流TIG哈接电源电弧集中、电极损耗少。 可控硅方式 交流逆变方式 图5-10 逆变焊接电源与老式焊接电源的电极消耗比较 5-2-2 TIG焊枪 焊枪是夹持电极、向电极通电，并在此同时喷出保护气体保护焊接处不受大气影响的工具8。由于焊接时有钨极的发热及电弧的辐射热，焊枪需做成充分承受上述热影响的耐热结构。另外，焊枪还被要求能将钨电极正确地保持在喷嘴的中心。 21 焊枪由旱枪体、喷嘴、电极夹、焊枪冒、氩气软管、电缆、钨电极等组成。 图5-11种为典型的焊枪结构 钨电极 钨电极夹 喷嘴 冷却水 保护气 冷却水出水软管 冷却水进口 焊枪冒 焊接电缆 保护气软管 图5-11 TIG焊枪的内部结构(水冷焊枪的例) 焊枪的种类则根据操作的方法的不同分为以下各种。 手工操作用焊枪(空冷、水冷) 半自动焊接用焊枪 机器人焊接用焊枪 电弧点焊用焊枪 图5-12中为手工操作用(空冷、水冷)焊枪的例子。图5-13为半自动焊接用焊枪的例子，此焊枪将送丝装置与焊枪做成一体。由于送丝装置与焊枪一体的焊枪采用直径为0.4mm~1.0mm程度的细径焊丝，熔池不会乱，可以稳定地进行连续高速自动送丝。 所以，不仅可以利用单手方便地进行焊接操作，而且与手工添丝的TIG焊接相比较，熔敷量增大、焊接效率得到提高。 AW-9 120A 空冷焊枪 AW-17 150A 空冷焊枪 AW-18 300A 水冷焊枪 AW-26 200A 空冷焊枪 AW-12 500A 水冷焊枪 图5-12 手工操作用典型TIG焊枪 22 图5-13 送丝装置与焊枪一体型TIG焊枪 5-2-3 钨电极 原先使用的钨电极一般为纯钨电极及掺有钍元素的钨电极两种。 当电极接负时，热电子的放出会使电极端部冷却。但含有钍的电极的冷却作用要比纯钨电极强，即使焊接过程中电极也不熔化。(所以，电极的消耗得到抑制。参看图5-14)。当电极接正时，即使在小电流焊接点极端部也会熔化，如表5-2所示，其允许的焊接电流值要比电极接负时的允许值小得多。(约1/10)。 通常，当进行直流反极性(电极接负)的焊接时使用含钍的电极,当进行交流焊接时使用纯钨或含钍的电极。 表5-1 TIG焊电极各种直径的允许焊接电流值 焊接电流(A) 电极直径(mm) AC W 0.5 1.0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 5- 15 10- 60 50-100 100-160 150-210 200-275 250-350 325-475 ThW 5- 20 15- 80 70-150 140-235 225-325 300-425 400-525 500-700 DC DC 电极接负 W , ThW 5- 20 15- 80 70- 150 150- 250 250- 400 400- 500 500- 800 800-1100 电极接正 W , ThW - - 10- 20 15- 30 25- 40 40- 55 55- 80 80-125 符号; W-----纯钨, ThW-----含钍电极 23 W-----纯钨电极, ThW-----含钍电极, CeW----含铈电极 直流: 300A 直流: 200A 电极直径: 3.2mm 1010电极直径: 3.2mm 电极的消耗量Electrode comsumption (mg电极的消耗量Electrode comsumption (mArc time: 10min continuously 86420WThWCeW86420WThWCeW 但是，最近随着以机器人焊接为代表的自动、高精度、高质量的焊接的需要的不断提高，含钍钨极的性能（小电流区的起弧性、电弧的安定性及电极的耐消耗性）已越来越不够，现在正在摸索开发具有更高性能的电极。 另外，由于钍为放射性物质，钍的生产受到法律的制约。因此最近在日本国内，含钍电极的生产失去动力。所以随着电极材料研究的不断进步，在JIS焊接标准中又追加了含铈（CE2O3含量为1~2%）及含镭（La2O3含量为1~2%）的电极(参看表5-3)。从图5-4中也能看出，上述改良电极与原先的含钍电极相比较，电弧的安定性及电极的耐消耗性都得到提高 表5-3 钨电极的种类及设别颜色 种类 记号 识别颜色 YWP 歓隣窮自 绿色 YWTh-1 含钍1%的钨电极 黄色 YWTh-2 含钍2%的钨电极 红色 YWLa-1 含1%La2O3的钨电极 黑色 YWLa-2 含2%La2O3的钨电极 黄绿色 YWCe-1 含1%CeO3的钨电极 桃色 YWCe-2 含2%CeO3的钨电极 灰色 (mg) (a) 直流时 (b) 交流时 图5-14 电极消耗量的比较 (mg) 5-2-4 附属设备 TIG焊接设备的附属设备有遥控器、送丝装置、气体流量调节器、冷却水循环装置等 24 (1) 遥控器 TIG焊接中使用如图5-15所示的遥控器对“焊接电流”、“脉冲电流”或“弧坑电流”进行调节。 也有使用焊接电源的前面板上的调节旋钮对上述参数进行调节的焊接电源。 (2) 送丝装置 TIG手工焊接使用手工填加焊棒但在进行半自动焊接或自动焊接时使用卷成盘状的焊丝，并利用图5-16所示的送丝装置进行自动送丝。 (3) 气体流量调节器(流量计)及压力调节器 虽然气体流量调节器在(1) 图5-15遥控器 图5-16 TIG焊接用送丝装置 压力流量调节器的下侧但是如图5-17所示，一般将上述两个调节器做成一体，在流量调节器上装有体流量调节阀。在流量计内部有一个圆锥形透明管，当气体在管中从下往上流时，由于气体压力将浮子往上顶起，气体从球与管壁的缝隙中通过 (4) 冷却水循环装置 当在没有自来水水源的地方需要使用水冷焊枪时，使用如图5-18所示的冷却水循环装置。 图5-17带流量计的减压阀 图5-18 冷却水循环装置 25 焊接操作的基础知识 6-1 电极的神出长度 由于TIG焊接与CO2/MAG焊接等熔化极焊接不同，为非熔化极电弧焊接法电极的消耗非常少。因此需要根据焊接接头形状的不同对电极的神出长度进行调整。图6-1表示了根据焊接接头形状调整电极的神出长度的参考值。 图6-1 焊接接头形状及电极神出长度 如果电极的神出长度过长，则气体保护效果变差。相反，如果电极的神出长度过短的话则操作将变得不方便。 6-2 TIG焊接的操作要领 图6-2中表示了电极的研磨方法。图6-3表示了高频起弧TIG焊接中起弧时焊枪的位置关系。 根据实际焊接电流调整 φ φ×2 直流TIG焊 φ- 0～3 φ 15～20 交流TIG焊 埃3mm 图6-2 钨电极的研磨方法 图6-3 起弧时焊枪的位置 26 图6-4中表示了平焊时的操作要领。 B.焊枪的后退 焊接方向 起弧后到溶池的形成为止将焊枪在起弧处进行轻微的圆周摆动 A.溶池的形成 待母材被熔化并稳定后沿着焊缝以一定的速度移动，移动时要注意得到均一的焊缝宽度。移动时焊枪与母材成70~75度左右，并用前进焊（右焊法）。如果进行填丝焊接时如图6-4B中所示，将焊枪稍微后退一些后如图6-4C中所示将填充焊丝按约与母材成15度的角度送入溶池端部（注意不要让填充丝碰到电极）。 C.填加焊丝的送入 填丝结束后如图6-4D所示，再次将焊枪移到溶池端部 (如图D. 填加焊丝的后退 6-4E所示)。到整个焊缝结束为止重复上述操作。 但是，如果母材为薄板的话，不能如图6-4B中那样将焊枪后退而 E.将焊枪重新移到溶池端部 图6-4 TIG平焊时的基本要领 27 7. TIG焊接时典型的焊接规范 表7-1中表示了TIG焊接典型的焊接规范。 表7-1 典型的TIG焊接规范 材料 板厚 (mm) 0.6 1.0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 0.6 1.0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 1.0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 电极直径(mm) 1,1.6 1,1.6 1.6,2.4 1.6,2.4 2.4,3.2 2.4,3.2 2.4,3.2,4 3.2,4,4.8 1,1.6 1.6 2.4 2.4,3.2 3.2,4 3.2,4,4.8 4,4.8 4,4.8,6.4 1.6 1.6,2.4 1.6,2.4 2.4,3.2 3.2,4 3.2,4,4.8 4,4.8 填充焊丝直径 (mm) 0゛1.6 0゛1.6 0゛1.6 1.6゛2.4 2.4゛3.2 2.4゛3.2 2.4゛4.0 3.2゛4.8 0゛1.6 0゛1.6 1.6゛2.4 2.4゛3.2 3.2゛4.8 4.0゛4.8 4.8゛6.4 4.8゛6.4 0゛1.6 0゛1.6 1.6゛2.4 2.4゛4.0 3.2゛4.8 4.0゛6.4 4.0゛6.4 0゛1.6 1.6゛2.4 1.6゛2.4 2.4゛3.2 3.2゛4.0 3.2゛4.8 4.0゛4.8 电流 (A) 20゛40 30゛60 60゛90 80゛120 110゛150 130゛180 150゛220 180゛250 50゛70 60゛90 80゛120 110゛150 140゛200 180゛250 250゛300 300゛400 50゛60 60゛90 80゛110 100゛140 140゛180 170゛220 180゛250 200゛270 30゛40 40゛70 60゛90 75゛110 90゛120 110゛150 130゛170 氩气流量(l/min) 4 4 4 4 4 4 4 4 3゛4 3゛4 3゛4 4 4゛5 4゛5 5゛6 5゛6 5゛6 5゛6 6゛7 6゛7 7゛8 7゛8 8゛12 3゛4 4゛5 4゛5 5゛6 5゛6 5゛6 6゛7 焊接层数 坡口形状 不锈钢 (直流、正极性) 1 1 1 1 1 1 1 1゛2 1 1 1 1 1 1 1 1゛2 1 1 1 1 1 1 1゛2 1 1 1 1 1 1 1゛2 (a),(b) (a),(b) (b) (b) (b) (d),(c) (d),(c) (a),(c) (a),(b) (a),(b) (b) (b) (c) (d),(c) (d),(c) (d),(c) (a),(b) (b),(a) (b) (b) (b) (b) (c),(d) 无氧铜 (直流、正极性) 铝 (交流) 镁 (交流) 1.0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 1.6 1.6,2.4 1.6,2.4 1.6,2.4 2.4,3.2 3.2,4 3.2,4 (a) (b) (b) (b) (d),(c) (d),(c) (d),(c) 28 8.有关TIG焊接的主要用语及解说 用语 定义，解说 斜上升时间指的是从初期电流缓缓上升到主焊接 电流的时间。通过让初始电流缓缓上升到正式焊接 斜上升时间 电流可以保证焊接开始处的焊接质量 即使在焊接结束（电弧熄灭）后仍让保护气体流一定的时间。其目的是为了延迟停气时间 保护刚凝固的焊接部及红热的钨电极不受大气的影响 惰性气体电弧利用惰性气体作为保护气体的焊接方法。其中TIG、MIG焊接已得到实用。焊接 单面焊双面成型 不用反面垫板并只进行单面焊接而使反面形成 焊缝的焊接方法。单面焊双面成型的焊接中， 焊缝溶池将受到溶池表面张力的影响保持不掉 但是如果溶池过大的话，则由于表面张力无法支承 反面焊道 溶池，溶池将掉下。 在不使用反面垫板的中厚板的单面焊接双面成型的第1层焊道中比较容易产生焊接缺陷。为了防止缺陷，从反面将第1层刨掉后再进行焊接的方法称为背面清根法 作为背面清根的方法有使用风铲等的机械方法及碳弧气刨、等离子气刨。 背面清根 在使用惰性气体保护焊时由于电弧 氧化膜清除作的作用可以将焊接母材的氧化膜除 用(阴极雾化去从而使母材表面变得清洁的作用。 作用) 焊接结束时将产生的弧坑填满的处理电流。在小电流下保持电弧几弧坑填充电流 秒钟后将电弧熄灭从而将弧坑填满的处理方法 由于焊接电流产生的磁场的影响或者焊接部 电极 的磁场存在磁场的影响电弧偏向一边的现象。 如果产生磁偏吹的话，则电弧将变得不安定、 磁偏吹 焊缝成形将变得不良。直流焊接时比交流 焊接更容易产生磁偏吹。 母 材 在正式焊接之前将母材点焊固定的焊接称为“点固焊”。 点固焊 大电流TIG焊接的原理与一般TIG焊接 一样。使用正极性接法，在保护气体中 大电流TIG焊加入氦气后在500A以上的大电流区进 接 行焊接的方法。这种方法现在用于厚铝 板的水平焊接中。 29 用语 接触引弧焊接 定义，解说 将电极直接接触焊接母材表面后发生电弧的方法。原先由于接触时引起的电极消耗 ，电极卷入溶池，但最近开发了可以在接触时保持通微小电流的接触引弧法，解决了接触时电极消耗的问题。 与斜上升时间相反，是指从正式焊接电流缓缓下降到弧坑填充电流的时间。通过让正式焊接电流缓缓下降到弧坑填充电流，可以避免弧坑处急冷引起的裂纹等缺陷的产生。 TIG电弧点焊是用焊枪的端部压在所 焊板上使之紧密接触，然后利用一定 喷嘴 的TIG电弧对搭接板进行加热熔化， 钨电极 并形成点状焊接接头的焊接方法。 上 板 由于气体保护的方法与一般的TIG 下 板 焊接不同，另外为了让保护气体 TIG电弧点焊 溢出，需要TIG点焊专用的绝缘环 及喷嘴 热丝TIG焊接是在TIG焊接电源 送丝装置 基础上再设置一台用于加热焊丝 TIG 焊接电源 用的电源焊丝，在离开母材10mm的地 电弧电流 导电嘴 焊丝电源 方通电，利用电阻的发热对焊丝 进行加热。这时，由于焊丝是在 半熔化状态送入溶池的，所以与 焊丝加热电源 电极 焊丝伸出长度 一般的焊接方法相比较，溶敷量 可以得到增加。因为使用电阻热 热丝TIG焊系统示意图 所以对电阻率比较高的不锈钢及 镍合金的焊接比较有效 在进行TIG焊接时中，起弧时由于过大的起弧电流使电极的端部熔化，卷入溶池中的现象称为“钨电极的卷入”。 在焊缝背面也进行惰性气体保护的方法称为“反面保护”。主要用于不锈钢及高温时活性强的金属(譬如钛合金等)的焊接。 利用小锤锤打焊道的方法。焊接后利用小锤锤打焊道表面使残余应力分散或在高温状态下利用小锤锤打后使得晶粒细化 在焊接开始之前（起弧之前）预先送一定时间的保护气体的方法。可以防止由于空气的卷入而引起的钨电极表面的氧化消耗。 使用脉冲电流进行焊接的方法。由于使 电流周期性变化，可以使电弧稳定，另 外由于控制输入的热量可以得到如前面 章节中所述的各种优点。 基电流 焊接电流 斜下降时间 TIG电弧点焊 TIG热丝焊 钨电极的卷入 反面保护 锤打焊道 圓僕賑 脉冲电弧焊接法 30
