TIG、MIG焊的基本原理

时间：2022-11-05 百科知识版权反馈

【摘要】：非熔化极惰性气体保护焊又称TIG焊是一种利用钨极与工件之间引燃电弧进行焊接的方法，因此，称钨极氩弧焊。TIG焊的工艺操作简便、设备简单，在船舶制造中尤其在舰艇制造中已被广泛应用。MIG焊熔敷率较高，焊接质量稳定，能进行全位置焊接。而在焊件为负极的半周波中有“阴极破碎”作用。自动焊是由自动焊机小车带动焊炬向前移动，半自动焊的焊炬则由操作者手工握持向前移动。

1）TIG焊

非熔化极惰性气体保护焊又称TIG焊（Tungsten Inert Gas Arc Welding）是一种利用钨极与工件之间引燃电弧进行焊接的方法，因此，称钨极氩弧焊。TIG焊适合于合金钢、不锈钢、钛合金、镍基合金和有色金属薄板的焊接。由于TIG焊能很好地控制焊接线能量，所以，亦广泛用于各种钢材不同厚薄坡口的打底焊。TIG焊焊缝质量高，可以进行不加填充焊丝和加填充焊丝的全位置焊接。在不加填充焊丝的情况下，对接焊往往不开坡口，焊缝靠母材熔化形成。对于稍厚的焊接件，一般采用加填充丝焊接。有时，为了进一步控制焊接线能量，提高熔敷速度，减少工件变形，也采用热丝钨极氩弧焊。这时，在进入熔池前，先用交流电源对焊丝预加热。钨极氩弧焊一般在直流正接（DCEN）下焊接，因此，工件受热高，熔深比较深。但铝、镁合金和铝青铜等除外，这些材料通常采用交流电源焊接。一般不采用直流反接（DCEP），因反接时钨极容易过热融化，只能小电流焊接，熔深也就比较浅。此外，TIG焊又分无脉冲和有脉冲两种，脉冲焊时，电流幅值按一定频率周期性地变化，高电流为脉冲电流，低电流为基值电流。熔池在高电流时形成，在低电流时凝固。每一脉冲周期形成一个焊点，整条焊缝由一连串的焊点叠加而成。TIG脉冲焊的特点是可以用较低的焊接线能量来获取较大的熔深，便于控制熔池的尺寸和提高熔池的保护能力，因此，更适合于进行全位置焊接并且可进一步减小焊件变形。TIG焊的工艺操作简便、设备简单，在船舶制造中尤其在舰艇制造中已被广泛应用。

图9.8－21所示为手工钨极氩弧焊接的过程原理示意图，图9.8－22所示为自动钨极氩弧焊的过程原理示意图。

图9.8－21　手工钨极氩弧焊接过程原理示意图

1－喷嘴；2－氩气保护区；3－焊接电弧；4－钨电极；5－填充焊丝

图9.8－22　自动钨极氩弧焊时焊炬、焊丝与焊件间的相对位置图

2）MIG焊

熔化极惰性气体保护焊又称MIG（Metal Inert Gas Arc Welding）焊，是近年来发展迅速的一种焊接方法，适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、镍基合金、钛合金和有色金属等材料的焊接。MIG焊熔敷率较高，焊接质量稳定，能进行全位置焊接。MIG焊也有加脉冲和不加脉冲焊接两种，脉冲MIG焊可控制焊接线能量，适宜于薄件和全位置焊接。在铝合金船舶结构中广泛应用。

自动熔化极氩弧焊是以连续送进焊丝、焊件分别作为两个电极，在氩气层的保护下，在焊丝电极与工件间产生电弧熔化焊件与焊丝的一种焊接方法，其原理如图9.8－23所示。

图9.8－23　自动熔化极氩弧焊的过程原理图

1－焊丝盘；2－送丝滚轮；3－焊炬喷嘴；4－焊接电弧；5－氩气保护区

9.8.8.2　钨极氩弧焊（TIG焊）工艺参数

1）电源种类和极性

采用直流反接时，虽有阴极破碎（所谓“阴极破碎”是电弧空间的正离子飞向焊件撞击金属熔池表面，将致密难熔的氧化膜击碎而去除的作用，也称“阴极雾化”）作用，但钨极易烧损，所以钨极氩弧焊很少采用。

交流钨极氩弧焊时，在钨极为负极的半周波中，钨极可以得到冷却，以减少烧损。而在焊件为负极的半周波中有“阴极破碎”作用。因此，交流钨极氩弧焊兼有直流钨极氩弧焊正、反接的优点，是焊接铝镁合金的最佳方法。

TIG焊可使用直流电，也可以使用交流电。电流种类和极性的选择主要以减少钨极烧损和产生“阴极破碎”作用来考虑。

2）钨极直径及端部形状

钨极直径要按焊件厚度、电源极性来选择。如果钨极直径选择不当，将造成电弧不稳、严重烧损钨极和焊缝夹钨。钨极端部形状可按图9.8－24所示选用。

图9.8－24　电极端部的形状图

3）焊接电流和电弧电压

焊接电流主要根据焊件厚度、钨极直径和焊缝空间位置来选择，过大或过小都会使焊缝成形不良或产生缺陷。

电弧电压增加，焊缝厚度减小，熔宽显著增加；随着电弧电压的增加、气体保护效果随之变差。当电弧电压过高时，易产生未焊透、焊缝被氧化和气孔等缺陷。因此，应尽量采用短弧焊，一般电弧电压在10～24V的范围内选择。

4）氩气流量和喷嘴直径

对于一定孔径的喷嘴，选用的氩气流量要适当，如果流量过大，不仅浪费，而且容易形成紊流，使空气卷入，对焊接区的保护作用不利，同时，带走电弧区的热量多、影响电弧稳定燃烧。而流量过小也不好，气流挺度差，容易受到外界气流的干扰，以致降低气保护效果。通常，氩气流量在3～20L/min范围内。喷嘴直径随着氩气流量的增加而增加，一般为5～14mm。喷嘴至焊件的距离为5～15mm为宜；钨极伸出喷嘴的长度为3～6mm。

5）焊接速度

在一定的钨极直径、焊接电流和氩气流量条件下，焊接速度过快，会使保护气流偏离钨极与熔池。焊接速度过慢时，焊缝易咬边和烧穿。因此，应选择合适的焊接速度。

6）坡口形式及尺寸

钨极氩弧焊的常用坡口形式及尺寸主要根据焊件厚度来决定。

9.8.8.3　熔化极氩弧焊（MIG焊）工艺参数

熔化极氩弧焊是用焊丝作为电极，克服了钨极氩弧焊焊接电流因受钨极的熔化和烧损的限制，焊接电流可大大提高，焊缝厚度大，焊丝熔敷速度快，所以一次焊接焊缝厚度显著增加，适用于中厚度焊件的焊接。

当采用短路过渡或颗粒状过渡焊接时，由于飞溅严重，电弧复燃困难，焊件金属熔化不良极容易产生焊缝缺陷。但熔化极氩弧焊在氩气保护下，产生喷射过渡的最小焊接电流（即临界电流）不高，容易形成喷射过渡，熔滴呈极细的雾状粒子，粒子直径显著小于焊丝直径，通过弧柱过渡至焊接熔池，所以喷射过渡的焊接工艺常在舰船制造中广泛应用。

熔化极氩弧焊接按操作方式有半自动焊和自动焊两种。自动焊是由自动焊机小车带动焊炬向前移动，半自动焊的焊炬则由操作者手工握持向前移动。前者适于形状较规则的纵缝、环缝及水平位置的焊接；后者大多用于定位焊、短焊缝、断续焊缝及全位置的焊接。

熔化极氩弧焊的主要工艺参数有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、送丝速度、焊接速度、氩气流量、焊炬倾斜角、焊丝伸出导电嘴的长度、喷嘴孔径、喷嘴与焊件间的距离等。

9.8.8.4　TIG、MIG焊的焊接装备

手工钨极氩弧焊（TIG焊）的焊接设备包括供电系统、焊枪、供气系统、冷却系统、控制系统等部分，如图9.8－25所示。