手工钨极氩弧焊平敷焊操作技巧分享

任务描述

1.理解TIG焊的原理，了解TIG焊的特点、应用。

2.了解TIG焊的焊接材料。

3.掌握手工钨极氩弧焊平敷焊操作技术。

任务分析

本任务主要涉及TIG焊的原理、特点及应用，TIG焊的焊接材料等知识点，并使学生通过手工钨极氩弧焊平敷焊操作训练来认识TIG焊。

相关知识

一、TIG焊的原理及分类

1.TIG焊的原理

TIG为Tungsten Inert Gas的英文简写。TIG焊即钨极惰性气体保护焊，是一种典型的惰性气体保护焊。它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件之间产生的电弧热熔化母材和填充金属，从而进行焊接的一种气体保护焊方法。通常所说的TIG焊主要是指钨极氩弧焊。

焊接时，保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，形成的气流在电弧周围形成严密封闭的气体保护层，使电极和金属熔池与空气隔离，以防止空气对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，同时，电弧产生的热量将母材和填充金属熔化，形成熔池，待液态熔池凝固后便形成焊缝。TIG焊示意图如图5-1所示。

图5-1 TIG焊示意图

2.TIG焊的分类

（1）按电流波形分类

（2）按操作方式分类

（3）按保护气体成分分类

（4）按填充焊丝的状态分类

二、TIG焊的特点及应用

1.TIG焊的特点

（1）TIG焊与电弧焊相比所具有的优点

1）保护效果好，焊缝质量高。氩气本身既不与金属发生化学反应，也不溶于金属，能有效地隔绝周围空气，焊接过程基本上是金属熔化与结晶的简单过程，为获得高质量的焊缝提供了良好的条件。

2）电弧稳定，飞溅小。钨极电弧非常稳定，在很小的电流下也可以稳定燃烧，并且填充金属中不通过电流，因此产生的飞溅很少，焊缝成形美观。

3）焊接变形量与应力小。在焊接过程中，电弧受到氩气流的压缩作用，使电弧热量集中，热影响区范围窄，同时，热源和填充金属可以分别控制，因而可以比较容易地调整焊接热输入，所形成的焊接变形与应力均较小。

4）易观察，易操作。由于TIG焊是明弧焊，因此观察起来比较方便，也更加容易操作，能够更好地控制焊缝成形质量，适于各种位置的焊接。

5）可焊材料范围广。用TIG焊几乎可以对所有的金属材料进行焊接。由于交流氩弧焊在焊接过程中能够自动清除工件上的氧化膜，因此TIG焊还特别适用于焊接一些化学性能活泼的金属和合金，如铝、镁等。

（2）TIG焊与电弧焊相比存在的不足

1）焊接效率低。由于钨电极承载电流的能力差，电流过大会导致钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而导致夹渣，因此TIG焊不能使用过大的电流，导致TIG焊的熔敷速率低、熔深浅、生产率低。

2）生产成本高。由于熔敷率低，并且作为保护气体的氩气较贵，氩弧焊机也相对复杂，因此与其他焊接方法相比，TIG焊的生产成本比较高。

3）引弧困难。由于氩弧焊的电势高，引弧困难，因此TIG焊需要特殊的引弧措施，如采用高频引弧及稳弧装置等。

4）对焊工危害大。由于氩弧焊产生的紫外线强烈，是焊条电弧焊的5～30倍，而且生成的臭氧浓度高，因此对焊工危害较大，要加强防护。

5）抗风能力差。由于氩弧焊受周围气流影响较大，抗风能力差，不适宜在室外操作，因此TIG焊时需要采取防风措施。

2.TIG焊的应用

TIG焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，而且是一种能获得高质量焊缝的焊接方法。一些化学性质活泼的金属，用其他焊接方法较难焊接，而用TIG焊则容易获得质量高的焊缝。因此，在工业生产中TIG焊被广泛采用。

但TIG焊成本较高，多用于铝、镁、钛、铜等有色金属，以及不锈钢、耐热钢等的焊接。对于低熔点和易蒸发的金属，如铅、锡、锌等，由于焊接困难，不宜采用TIG焊。

TIG焊中的钨极氩弧焊适宜焊接厚度在3mm以下的薄板。对于某些厚壁的重要构件，如碳钢和低合金钢压力管道，为了保证焊接接头的质量，往往采用钨极氩弧焊打底。

三、TIG焊的焊接材料

TIG焊的焊接材料主要是指电极材料（钨）、保护气体和焊丝。

1.钨极

钨极是TIG焊的电极，对焊接电弧的稳定性和焊接质量有很大的影响。为了保证焊接接头质量，对电极材料的基本要求为：具有较强的电子发射能力；耐高温，不易熔化烧损；具有较高的许用电流。钨具有高的熔点和沸点，强度大，热导率小，高温挥发性小，适合作为TIG焊的电极材料。

（1）钨极的种类及性能特点 目前，我国常用的钨极有纯钨极、钍钨极和铈钨极三种，有些国家还将锆钨、镧钨、钇钨作为电极材料，进一步提高了钨极的性能。

1）纯钨极。纯钨极中钨的质量分数在99.85%以上。纯钨极寿命长且耐污染，同时还具有易引弧、引弧电压小和电弧稳定性好等优点。但纯钨极成本较高，并且具有一定的放射性。在使用交流电源焊接时，其电流承载能力较低，耐污染能力差，要求焊接电源具有较高的空载能力。

2）钍钨极。在纯钨中加入质量分数为1%～2%的氧化钍的钨极称为钍钨极。与纯钨极相比，钍钨极除保留了寿命长、耐污染、易引弧和电弧稳定性好等优点外，还具有更强的电子发射能力和较高的电流承载能力。其缺点也是成本较高，具有微量放射性。

3）铈钨极。在纯钨中加入质量分数为2%的氧化铈的钨极称为铈钨极。与纯钨极和钍钨极相比，铈钨极更容易建立电弧，所需的引弧电压更小，并且电弧弧束较长，燃烧稳定，热量集中。更重要的是，铈钨极几乎没有放射性，因此铈钨极是一种非常理想的电极。

钨极性能的比较见表5-1。

表5-1 钨极性能的比较

（2）钨极的牌号及化学成分 纯钨极的牌号有W1、W2两种；钍钨极的牌号有WTh-7、WTh-10、WTh-15、WTh-30四种；铈钨极的牌号有WCe-5、WCe-13、WCe-20三种。为了使用方便，钨极的一端常涂有颜色，以便识别，例如，纯钨极为绿色，钍钨极为红色，铈钨极为灰色。常用钨极的牌号及化学成分见表5-2。

表5-2 常用钨极的牌号及化学成分

（3）钨极的规格 钨极的直径表示钨极的规格，常用的钨极直径有0.5mm、1.0mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm、6.3mm、8.0mm等。钨极的许用电流见表5-3。

表5-3 钨极的许用电流

2.保护气体

在焊接过程中，保护气体不仅是焊接区域的保护介质，而且其特性还关系到焊接过程的稳定以及焊缝的成形质量。用于TIG焊的保护气体大致有三种，分别为氩气、氦气和混合气体。

（1）氩气 氩气是一种惰性气体，几乎不与任何金属产生化学反应，也不溶于金属，因此可以避免合金元素的烧损及产生焊接缺陷。氩气的密度比空气大，使用时不易飘浮散失。另外，氩气的热导率小，高温时不分解不吸热，在氩气中燃烧的电弧热量损失少。这些特性使氩气具有良好的保护作用，并且具有很好的稳弧特性。

按我国现行有关标准规定，氩气的纯度达到99.99%（体积分数）时才合乎焊接活泼金属的要求。若氩气中含有较多杂质，则在焊接过程中不但容易使焊缝产生气孔、夹杂等缺陷，而且会增加钨极的烧损量。因此，一定要保证氩气的纯度。

（2）氦气 氦气也是一种惰性气体。由于氦气比较稀缺，制取困难，价格昂贵，因此我国很少使用。

（3）混合气体 在单一气体的基础上按照一定的比例配成的混合气体可以改变电弧形态，改善焊缝成形质量。目前，TIG焊中使用较多的混合气体主要有氩-氦混合气体和氩-氢混合气体。

3.焊丝

TIG焊所用焊丝的种类有钢焊丝、铝焊丝、铜焊丝等。其中，钢焊丝包括碳钢焊丝、低合金钢焊丝和不锈钢焊丝。焊丝可按《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》（GB/T 8110—2008）和《焊接用不锈钢丝》（YB/T 5092—2005）选用。焊接有色金属时一般采用与材质母材相当的焊丝。TIG焊用焊丝的直径主要有0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.5mm、2.0mm、2.4mm、2.5mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm等十余种规格，多选用直径为2.0～4.0mm的焊丝。常用的焊丝牌号有H08Mn2SiA、H10Mn2、H06Cr19Ni10等。

任务准备

1）工件：Q235钢，尺寸为300mm×200mm×6mm。

2）焊丝：E49-1（H08Mn2SiA）型焊丝，直径为2.0mm。

3）焊接设备及工具：WS—300型钨极氩弧焊机；QQ—85°/150—1型气冷式焊枪；氩气瓶及氩气流量调节器（AT—15型）。

4）铈钨极：WCe-20型铈钨极，直径为2.4mm。

5）清理工件与焊丝：首先用汽油去除油污，然后用钢丝刷或砂布将焊接处和焊丝表面清理至露出金属光泽。

6）画线：在工件上用石笔沿着工件的长度方向画数条平行直线，直线间距为25mm，以此作为平敷焊的运条轨迹。

任务实施

手工钨极氩弧焊平敷焊焊件图如图5-2所示。

图5-2 手工钨极氩弧焊平敷焊焊件图

1.确定焊接参数

手工钨极氩弧焊平敷焊焊接参数见表5-4。

表5-4 手工钨极氩弧焊平敷焊焊接参数

2.平敷焊操作

采用左焊法，焊接时，应戴头盔式面罩，左手拿焊丝，右手握焊枪，视焊接的位置高低选择蹲式焊接或站式焊接。手工钨极氩弧焊平敷焊时的持焊枪姿势如图5-3所示。

（1）引弧 WS—300型钨极氩弧焊机带有引弧装置，引弧时钨极与工件并不接触，保持一定距离就能在施焊点上直接引燃电弧，而且在引弧处不会产生夹钨现象。如果在没有引弧装置的情况下操作，则可使用纯铜板或石墨板作为引弧板在上面引弧。使钨极端头受热到一定温度后立即转移到焊接部位引弧，这种方式称为接触引弧。接触引弧时会产生大的短路电流，容易烧损钨极端头。

（2）焊接 在电弧引燃后不要急于送丝，应稍微停留一段时间，使母材金属形成熔池后再送丝，从而确保熔敷金属和母材金属能够很好地熔合。在施焊过程中，焊丝、焊枪与工件的相对位置如图5-4所示。一般焊枪与工件表面成70°～80°角，填充焊丝与工件表面成15°～20°角。

图5-3 手工钨极氩弧焊平敷焊时的持焊枪姿势

图5-4 焊丝、焊枪与工件的相对位置

引弧后，用焊丝迅速触及焊接部位进行试探，在感到该部位变软并开始熔化后，立即填充焊丝。焊丝的填充一般采用断续点滴填充法，即先将焊丝末端在氩气保护层内送入熔池前沿1/4～1/3处，待焊丝熔化后，将填充的焊丝移出熔池，然后再重复送丝过程，如此反复。

在焊接过程中，焊丝的填充和焊枪的运动动作要配合协调，焊枪从右向左要保持平稳而均匀的直线运动，并要保持一定的弧长，电弧指向未焊部分。为了保证氩气的保护作用，焊枪移动速度不能太快。如果要求焊道变宽，则焊枪需做横向摆动，此时焊枪的高度应保持不变，而且横向摆动要平稳。

知识卡：

手工钨极氩弧焊一般采用左焊法，焊枪做直线运动。但是根据焊缝的宽度和接头形式的不同，有时需要焊枪做一定的横向运动。手工钨极氩弧焊焊枪的基本运动形式及适用范围见表5-5。(www.xing528.com)

表5-5 手工钨极氩弧焊焊枪的基本运动形式及适用范围

（3）收弧 当焊至末端时，利用钨极氩弧焊机上的电流自动衰减装置进行收弧。按动焊枪手把上的按钮断续送电来填满弧坑。如果没有电流衰减装置，则需手工操作收弧，可减小焊枪与工件夹角，使热量集中在焊丝上，加大焊丝熔化量，以填满弧坑。收弧时不要突然拉断电弧，应在弧坑填满后慢慢提起电弧，直到电弧熄灭。收弧后，氩气会自动延迟几秒钟停气，以防止焊缝金属在高温下氧化。

师傅说现场

焊接时，要密切注意焊接熔池的变化，随时调节有关焊接参数，以保证背面焊缝成形良好。当熔池增大、焊缝变宽并出现下凹时，说明熔池温度过高，应减小焊枪与工件的夹角，增大焊接速度；当熔池减小时，说明熔池温度过低，应增加焊枪与工件的夹角，减小焊接速度。

检查评议

手工钨极氩弧焊平敷焊操作评分表见表5-6。

表5-6 手工钨极氩弧焊平敷焊操作评分表

提示：

1）在焊接操作过程中，必须做好安全保护措施，若有异常情况，必须立即切断电源。

2）必须在教师的监护指导下操作，不得违反焊工安全操作规程。

问题防治

1.引弧时，钨极端部粘住基体金属，产生短路

原因：采用引弧装置引弧时钨极与工件相互接触，或手工操作引弧时未使用引弧板。

解决措施：采用引弧装置引弧时，使钨极与工件保持一定距离，或手工操作引弧时使用引弧板。

2.焊接过程中气流紊乱，使空气卷入焊接区，降低了保护效果

原因：氩气流量过大。

解决措施：控制氩气流量。在生产中，对于孔径为12～20mm的喷嘴，其最佳氧气流量为8～16L/min。

3.焊接时，钨极端部电弧偏移，产生电弧飘动现象

原因：焊接电流过小。

解决措施：根据实际情况适当增大焊接电流，直至钨极端部的电弧呈半球状。

想一想

收弧时怎样防止产生弧坑裂纹、气孔和烧穿等缺陷？

扩展知识

脉冲TIG焊

1.脉冲TIG焊的原理

脉冲TIG焊采用可控的脉冲电流来加热工件。当每一次脉冲电流通过时，工件被加热熔化，形成一个点状熔池。基值电流通过时（脉冲电流停歇）使熔池冷凝结晶，同时，在基值电流的作用下，电弧维持燃烧。脉冲TIG焊的焊接过程是一个断续的加热过程。焊缝是由一个个点状熔池叠加而成的。在焊接过程中，电弧是脉动的，有明亮和暗淡的闪烁现象。

2.脉冲TIG焊的特点

脉冲TIG焊有交流和直流之分，而根据电流波形的不同又可分为三种基本波形，即矩形波、正弦波和三角波。无论哪种波形，脉冲TIG焊都具有以下基本特点：

1）电弧压力大，挺度好，可明显改善电弧的稳定性。

2）可控制对母材的焊接热输入及焊缝成形质量。

3）脉冲电流对焊接熔池具有搅拌作用，可改善外观组织和焊缝成形质量。

4）电弧的热输入低，裂纹倾向小。

3.脉冲TIG焊的焊接参数

脉冲TIG焊的焊接参数与普通TIG焊的基本相同，只是电流变为脉冲电流。脉冲电流有四个基本参数，即脉冲电流、脉冲持续时间、基值电流和脉冲间歇时间，可分别调节。

1）脉冲电流I_m与脉冲持续时间t_m。脉冲电流与脉冲持续时间的乘积称为通电量。通电量决定了焊缝的形状和尺寸。在施焊时，应根据被焊材料选择脉冲电流，根据板厚选择电流持续时间。不同材料及板厚的I_m和t_m可参考图5-5进行选择。当进行薄板焊接时，应适当降低脉冲电流值并相应延长脉冲持续时间；当进行厚板焊接时，应适当增大脉冲电流值并相应缩短脉冲持续时间。

2）基值电流I_j与脉冲间歇时间t_j。基值电流的主要作用是维持电弧的稳定燃烧，因此在保证电弧稳定的条件下，尽量选择较低的基值电流，以突出脉冲TIG焊的特点。I_j一般为I_m的10%～20%。脉冲间歇时间对焊缝的形状和尺寸影响较小，但脉冲间歇时间过长会显著降低热输入，形成不连续焊道。t_j一般为t_m的1～3倍。

3）脉幅比R_A与脉宽比R_W 当R_A和R_W的值较大时，脉冲特点比较显著，有利于克服热裂纹，但R_A与R_W的值过大会增加咬边倾向。当全位置焊和焊接热裂倾向大的材料时，应选择较大的R_A和R_W值，平焊时应选择较小的R_A和R_W值。

4）焊接速度v_W和脉冲频率f 脉冲周期T=t_m+t_j，脉冲频率f=1/T。v_W与f要匹配，以满足焊点间距lW的要求，从而获得连续致密的焊缝。焊点间距l_W=v_W/2.16f。

图5-5 各种材料及板厚的脉冲电流参数

考证要点

一、填空题

1.由于氩气是惰性气体，与焊缝金属____化学反应，____于液态金属，保护效果最佳。

2.氩气是单分子气体，高温下无二次吸放热分解反应，导电能力____以及氩气流产生的____效应，使电弧热量集中，温度高。

3.牌号H08Mn2Si中的H字母表示焊丝，紧跟着的两位数字表示其含碳量，单位是____。“08”表示该焊丝的平均含碳量为____左右。

4.当用TIG焊焊接06Cr19Ni10N不锈钢时，最好选用含钛元素的焊丝来控制____和提高焊缝耐晶间腐蚀能力。

5.对于异种母材的焊接，当一侧为奥氏体不锈钢时，可选用____的不锈钢焊丝。

6.铈钨极与钍钨极相比，优点为：引弧电压比钍钨极____，电弧燃烧稳定；烧损比钍钨极____，使用寿命____；放射性____。

7.按《氩》（GB/T4842—2006）规定，TIG焊使用的氩气纯度应达到____。

8.TIG焊用焊丝的主要合金成分应比母材稍高是为了____。

9.H08Mn2SiA的含义是：碳平均含量（质量分数）为____，锰平均含量（质量分数）为____，硅含量（质量分数）小于____的特级优质焊丝。

10.在选用奥氏体不锈钢与非奥氏体不锈钢焊接时所用的焊丝时，应考虑焊接接头的____和____等因素。

二、选择题

1.不熔化极氩弧焊也称为钨极氩弧焊，通常以____焊表示。

A.MAG B.MIG C.TIG

2.焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊应该采用具有（ ）形状的电源外特性曲线。

A.水平 B.上升 C.缓降 D.陡降

3.对焊工身体有害的高频电磁场产生在（ ）作业中。

A.钨极氩弧焊 B.焊条电弧焊 C.碳弧气刨 D.氧乙炔切割

4.氩弧焊是使用____作为保护气体的保护焊。

A.活性气体 B.混合气体 C.氩气

5.用脉冲电流进行氩弧焊称为脉冲氩弧焊，通常用来焊接____的工件。

A.较厚 B.较薄 C.一般厚度

6.与焊条电弧焊相比，氩弧焊热量集中，从喷嘴喷出的氩气有____，因此热影响区窄，工件变形量小。

A.加热作用 B.冷却作用 C.保护作用

7.钨极氩弧焊不但可以焊接碳钢、合金钢和不锈钢，而且还能焊接____。

A.玻璃 B.有色金属 C.瓷砖

8.当全位置焊接受压管时，为了获得单面焊双面成形的焊缝，最好选择____。

A.脉冲钨极氩弧焊 B.焊条电弧焊

C.埋弧焊 D.CO₂气体保护焊

9.为了保证焊缝质量，对TIG焊用焊丝要求是很高的，因为焊接时，氩气仅起保护作用，主要靠焊丝____。

A.来完成合金化 B.来传导电流 C.形成电弧

10.WTh-15是钍钨极的牌号，其中氧化钍的质量分数为____。

A.0.15% B.1.5% C.15%

三、判断题

1.不熔化极氩弧焊将高熔点钨棒作为电极，在氩气层流的保护下，依靠钨棒与工件间产生的电弧热来熔化焊丝和基体金属。 （ ）

2.对于小直径珠光体耐热钢管，较合适的焊接方法是钨极氩弧焊。 （ ）

3.不熔化极氩弧焊也称为钨极氩弧焊，通常以“TIG焊”来表示。 （ ）

4.与焊条电弧焊相比，氩弧焊热量集中，从喷嘴中喷出的氩气有冷却作用，因此热影响区窄，工件变形量小。 （ ）

5.由于手工TIG焊有氩气保护，无熔渣，故焊缝不会产生夹渣缺陷。 （ ）

6.钨极氩弧焊可以焊接碳钢、合金钢和不锈钢，但不能焊接铝、铜等有色金属。 （ ）

7.H08Mn2SiA的含义是：碳平均含量（质量分数）为0.08%、锰平均含量（质量分数）为2%、硅的含量（质量分数）小于1.5%的特级优质焊丝。 （ ）

8.TIG焊电极牌号为WCe-20的含义是：钨极、氧化铈的质量分数为20%。 （ ）

9.如果TIG焊采用氦气作保护气体，由于氦弧能量较高，对于热传导率高的材料焊接和高速焊接是十分有利的，故焊接厚板时，应采用氦气作保护气体。 （ ）

四、简答题

1.手工TIG焊的电极材料有哪几种？铈钨极有何特点？

2.TIG焊时，引弧与熄弧应注意什么？

3.TIG焊的钨极有几种？怎样磨削钨极的端部形状？