TIG焊接的工艺条件优化

为了确保焊接质量和效率，除了正确选择焊接参数外，还应注意焊接工艺条件。

1.焊前准备

焊前清洗是保证焊接质量的重要工序，它对各种不同的材料和结构形式，要求不尽相同，但不论怎样，做好焊前清理工作是十分必要的。焊前必须严格地清理工件和焊丝表面的油垢、污物及氧化膜等，方能保证得到高质量的焊缝。材料不同，清理的方法也不同，仅就几种常用的清理方法简介如下：

（1）清除油污 可用有机溶剂（汽油、丙酮等）浸泡和擦洗焊接部位，也可以用某种溶剂去除油污（如用Na₃PO₄、Na₂CO₃各50g，Na₂SiO₃30g加水1L，加热到65℃，清洗5～8min），再用30℃清水冲洗，然后再用流动的清水冲净，擦干或烘干。

（2）去除氧化膜 可用机械或化学方法。

1）机械方法：此方法简单方便，对不锈钢等，可用砂布打磨坡口附近的表面；对铝合金等，可用钢丝刷刷除（用钢丝直径小于0.15mm或0.1mm的钢丝制成），或用刮刀将坡口及其附近两侧的氧化层刮掉，一般在机械清理后，还应用丙酮或酒精擦洗。清洗或刮削后的试件，最好清理后就进行焊接，对铝合金试件清洗后，一般放置时间不允许超过24h，否则必须重新清理。

2）化学方法：对于铝、镁、钛及其合金的化学清洗方法分别见表4-24、表4-25和表4-26。

表4-24铝及其合金的化学清洗规范

表4-25 镁合金清洗工艺

表4-26 钛合金清洗工艺

2.坡口准备

坡口准备是根据板厚和结构情况而定，常见的接头形式有对接接头坡口形式，如图4-43所示。

薄板对接接头可以用填丝的方法一次焊透。板厚6～25mm，建议采用V形坡口，板厚大于12mm则可采用X形坡口。其他接头形式如图4-44所示。

为了保证良好的背面成形，焊接薄件时都要使用垫板，一般用不锈钢作垫板，且垫板不与接头对缝处贴紧，以免焊不透、焊缝背面成形不良或产生缺陷。垫板可以稍留槽隙（见图4-45a、b）。山形对接接头的背面不与垫板直接接触，可以采用平垫板（见图4-45c）。如果在垫板的气隙中通入保护气体，则更有利于形成圆滑的背面焊道。

图4-43 典型对接接头坡口形式

图4-44 其他接头形式

a）搭接接头 b）T形接头 c）角接接头

焊接管子时，焊缝背面往往不能采用垫板，如有必要，可采用气垫的形式（见图4-46），也可以用玻璃质软带或其他带条贴在焊缝的背面，起反面保护作用。

图4-45 薄板焊接垫板示意图

图4-46 焊接管子时背面气体保护示意图

3.装配间隙和错边

装配质量的好坏是保证焊接质量的重要一环。装配间隙和错边尺寸不当时，易产生烧穿、焊缝成形不好和未焊透。表4-27列出了自动TIG焊时对间隙和错边的要求。手工TIG焊时可适当放宽。装配间隙可用塞尺进行检查。

表4-27 自动TIG焊允许局部间隙和错边尺寸(www.xing528.com)

4.定位焊

为了保证焊件尺寸，减少变形，防止焊接过程中由于翘曲变形而使待焊处错位，焊前大多需要定位焊。定位焊缝的间距根据被焊接材料的种类、厚度、接头形式而定。不锈钢由于线膨胀系数大，焊接变形大，故定位焊缝间距应小。对于刚度较大和裂纹倾向大的焊件，由于焊缝易开裂，此时应采用长定位焊缝并缩短定位焊缝间距。

表4-28 不开坡口对接焊定位焊缝间距与材料及板厚的关系

定位焊时一般采用较细的焊丝。在保证完全焊透和定位连接可靠的前提下，定位焊缝应低平、细长，定位焊缝不宜过大、过宽、过高。焊接定位焊缝时同样要有充分的保护，避免氧化。

5.焊接作业

（1）焊接引弧 TIG焊的引弧方法已在4.4.1和4.4.2节中讲述，本节不再重复。这里主要针对高频引弧产生的高频电磁场问题略加说明。

高频电磁场有多种传播途径，比如空间、地面、电缆线、控制线、物体表面、进入电网等。在计算机焊接控制系统中，采取一些措施也可以一定程度地予以解决，主要措施有如下几项：

1）利用隔离变压器和抗干扰抑制器阻断来自电源线的干扰。

2）强电、弱电分开走线，避免强弱电交叉走线。

3）从电弧附近引入到设备中的信号线采用屏蔽线。

4）提高一次引弧成功率，避免短时间内频繁引弧。

5）计算机安置在控制柜中并与电弧距离在1.5m以上。

6）设备（包括焊机）应良好接地。

引弧时需要注意的是必须在保护气流接通后引燃电弧，如果在钨极与空气接触状态下引弧，一种可能是电弧没有被引燃，一种可能是电弧被引燃后非常暴躁，工件和钨极瞬时被氮化，不能继续使用，母材表面会出现凹坑。

直流正极性焊接，电弧引燃后，如果电极热电子发射很充分，电极处于高温状态，则电弧在电极的前端燃烧，并且有良好的稳定性。然而，如果电弧引燃后，电极温度上升较慢，则电极不具备足够的热电子发射能力，电弧将在电极上寻找容易发射电子的氧化物，如图4-47b所示，电弧沿着电极表面向上爬。由于电弧上爬，电弧弧长拉长，使电弧上爬后能够持续一段时间，在电极温度上升后，电弧又会回到电极的前端稳定燃烧。

（2）提前送气与滞后停气 在引弧动作开始之前要提前通以保护气，驱除导气管中的空气并使焊接区处于被保护状态下，这称作提前送气。

焊接结束时，如果在电弧熄灭的同时停止保护气，焊缝结束部位会产生严重氧化，而且处于高温状态的钨极也会受到氧化而出现显著烧损，为此，在熔池完全凝固及电极完全冷却之前需要继续流通保护气，这称作滞后停气。

图4-47 引弧时电弧阴极斑点的形成

a）稳定电弧 b）引弧时的不稳定电弧

（3）填充材料的选定 手工焊接时，右手拿着焊枪，左手拿着填充材料，以手工方式向焊接区送进，这时，使用的填充材料通常是直径φ2～φ4mm的焊丝。

自动焊接时，把送丝导向管装在焊枪上，通过送丝电动机及驱动轮等自动向焊接区送进焊丝。而焊丝直径通常有0.8～1.6mm，被卷在焊丝盘上。

TIG焊不存在填充材料的过热问题，其中的合金元素几乎都能过渡到熔池中去，因此可以使用与被焊件相同材质的填充材料。对裂纹倾向性大的钢材进行焊接时，可以考虑采用含碳量低的焊丝。

自动焊应注意填丝角度、焊丝端部与电极的距离，最合适的方式是焊丝前端底部紧贴熔池边缘，焊丝熔化后直接流入熔池。如果焊丝端部脱离熔池距离较大，焊丝端部熔化后会聚集成一定尺寸的球滴，在重力和电弧吹力下过渡到熔池，这时有连续的“啪啪”声，但焊缝成形不好。此外，TIG自动化焊接通常都是在焊枪的前部填充焊丝。

（4）焊接夹具 TIG焊在较低的电流下电弧也很稳定，多用于薄板焊接。薄板焊接中，多数情况是在板的正面进行焊接，并使背面充分熔化，得到背面成形良好的焊缝。

形成合适的背面熔化所对应的焊接条件范围是很窄的。对焊接参数的选择，如果热输入低，会造成背面未熔化；如果热输入较大，虽然背面可以充分熔透，但亦有可能因熔化金属自身重力而造成熔池脱落，也就是烧穿，或者是熔化宽度与焊件厚度不成比例。为防止烧穿现象的发生，薄板焊接时如果工件具备装夹条件，应考虑到利用夹具进行焊接，正面压紧，背面加上铜垫板，防止焊接变形造成对缝间隙的改变、产生错位和错边，以及防止热塌陷。当焊件结构上的原因存在各区域散热条件不均时，采用夹具改善散热变化的差距也是有效的，目的之一就是要形成正反面尺寸均匀的焊缝。