正确操作手工钨极氩弧焊机的技巧

任务描述

1.熟悉钨极氩弧焊机的组成和特点。

2.能够正确使用手工钨极氩弧焊机。

任务分析

钨极氩弧焊是以氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法。钨极氩弧焊机主要由焊接电源、控制箱、焊枪、供气及冷却系统等部分组成，一般用于厚度为6～8mm工件的焊接。本任务主要是正确使用手工钨极氩弧焊机。

相关知识

一、钨极氩弧焊机的分类

TIG焊机主要有两种分类方式：一种是按焊接电源的不同，可以分为直流钨极氩弧焊机、交流钨极氩弧焊机和脉冲钨极氩弧焊机，其中直流钨极氩弧焊机适用于低碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金、钛合金的焊接，交流钨极氩弧焊机主要适用于铝及铝合金、镁及镁合金的焊接，而脉冲钨极氩弧焊机由于其焊接电源的特点，特别适用于焊接热敏感性强的金属材料或薄件、超薄件、全位置、窄间隙以及中厚板开坡口多层焊的第一层封底焊；另一种是按照操作方式分，可分为手工钨极氩弧焊机和自动钨极氩弧焊机两类，自动钨极氩弧焊机是在手工钨极氩弧焊机的基础上增加了焊接小车（或转动设备）和送丝机构等。

二、钨极氩弧焊机的组成

手工TIG焊机通常由焊接电源、控制系统、焊枪、供气系统和冷却系统等部分组成，如图5-6所示。自动钨极氩弧焊机还包括焊接小车行走机构及送丝装置。下面主要以手工钨极氩弧焊机为例介绍钨极氩弧焊机。

图5-6 手工钨极氩弧焊机的组成

1—减压器 2—流量计 3—焊枪 4—工件

1.焊接电源

钨极氩弧焊机可以采用的电源有直流电源、交流电源、交直流两用电源和脉冲电源。这些电源和一般弧焊电源并没有太大差别，只是钨极氩弧焊电源要求具有更陡的外特性，以减少或排除因弧长变化而引起的焊接电流波动。焊接电源的外特性曲线如图5-7所示。直流电源可用磁饱和电抗器式硅整流电源或晶闸管式整流电源，也可用弧焊逆变器；交流电源常采用动圈漏磁式变压器。矩形波弧焊电源由于其正负半波通电时间比和电流比均可自由调节，并且在焊接铝及铝合金时有许多优点，因此近几年已越来越多地应用于交流钨极氩弧焊机中。

图5-7 焊接电源外特性曲线

a）陡降外特性 b）外拖外特性

2.焊枪

（1）焊枪的作用及要求 焊枪是实现焊接的工具，主要用于夹持钨极，传导焊接电流以及输送氩气，保护焊接区电弧正常燃烧。为了更好地发挥作用，焊枪应满足以下要求：

1）能够可靠地夹持钨极，并具有良好的导电性。

2）应确保被输送的保护气体具有良好的流动状态和一定的挺度，以给予可靠的保护。

3）要能够保持良好的冷却条件，进行充分冷却，以保证焊枪持久工作。

4）确保焊枪喷嘴与钨极之间有良好的绝缘性能，以免喷嘴和工件接触时产生短路、打弧现象。

5）要求焊枪重量轻，结构简单、紧凑，焊接可达性好，使用可靠，维修方便。

（2）焊枪的种类及组成 目前，我国使用的焊枪大体上有两种：一种是气冷式焊枪，另一种是水冷式焊枪。气冷式焊枪的结构比较简单（见图5-8），不带水冷系统，利用保护气流冷却导电部件，使用轻巧，主要用于小电流焊接；水冷式焊枪带有水冷系统，利用水冷系统来冷却导电部件，因而结构相对复杂，重量稍大，主要用于大电流和自动焊接。常见手工钨极氩弧焊焊枪的技术数据见表5-7。

图5-8 气冷式焊枪

1—钨极 2—陶瓷喷嘴 3—枪体 4—短帽 5—手把 6—电缆 7—气体开关手轮 8—通气接头 9—通电接头

表5-7 常见手工钨极氩弧焊焊枪的技术数据

下面以水冷式焊枪为例介绍钨极氩弧焊焊枪的结构。焊枪一般由枪体、喷嘴、电极夹持机构、氩气输入管、冷却水管、控制开关及焊枪手柄等组成。PQ1—150型水冷式焊枪结构如图5-9所示。焊枪内部零件常用纯铜或黄铜制造，导电和散热性好。

焊枪的喷嘴是最重要的部件。制造喷嘴的材料有陶瓷、纯铜和石英三种。其中，高温陶瓷喷嘴因绝缘且耐高温而应用得最为广泛，但不能使用过大的焊接电流（不能超过350A）。由纯铜制造的喷嘴的许用电流可达500A，但由于纯铜的导电性好，需用绝缘套将喷嘴与导电部分隔离。使用石英喷嘴焊接时的可见度好，但是设备成本较高。焊枪喷嘴的形状决定了氩气保护性能的优劣。为了获得良好的保护效果，需要在焊接过程中使焊枪喷嘴出口处获得较厚的层流层，为此在设计时常采取以下措施：

1）在喷嘴的上部留有较大的空间作为缓冲室，以降低气流的速度。

2）喷嘴下部为圆柱形通道。该通道越长，近壁层流层就越厚，保护效果也就越好；通道的直径越大，保护范围就越宽。

3）在喷嘴的气流通道中加设多层铜丝网或制成导流“气筛”来限制气体的横向运动，以利于形成层流层来加强保护效果。

图5-9 PQ1—150型水冷式焊枪结构

1—钨极 2—陶瓷喷嘴 3—密封环 4—轧头套管 5—电极轧头 6—枪体 7—绝缘帽 8—进气管 9—冷却水管

常见的喷嘴形式如图5-10所示。圆柱带锥形的喷嘴由于氩气的流速均匀，容易保持层流，因此保护效果最好。圆锥形的喷嘴由于氩气流速较快，因此保护效果较差，但其操作较方便，熔池可见性好。

图5-10 常见的喷嘴形式

a）截面呈收敛形 b）等截面形 c）截面呈扩散形

3.控制系统

钨极氩弧焊机的控制系统由程序控制器、引弧器、稳弧器、消除直流分量装置和水压开关等组成，用于实现焊接过程中各程序及焊接参数的可调控制。

（1）对控制系统的要求

1）提前1.5～4s输送氩气，以驱赶焊接管内及焊接区的空气，从而保证引弧处的焊缝质量。

2）焊接结束后延迟5～15s停气，以保护钨极和熔池，保证收弧处的焊缝质量。

3）自动控制引弧器和稳弧器的起动和停止。

4）控制焊接电源的通断。

5）焊接电流能自动衰减，防止弧坑开裂。

（2）控制流程 焊接程序为：提前送气→接通电源→引弧→焊接→停电→滞后停气→焊接结束。钨极氩弧焊程序流程图如图5-11所示。

图5-11 钨极氩弧焊程序流程图

q—保护气体流量 v—焊接速度 I—焊接电流 t₁—提前送气时间 t₂—高频引弧时间 t₃—电流递增时间 t₄—焊接时间 t₅—熄弧时焊枪运动时间 t₆—电流衰减时间 t₇—滞后停气时间

（3）引弧装置 氩气是一种难电离的气体，所需电离电压较高，因此引弧比较困难。依靠钨极和引弧板或者工件接触进行引弧会造成夹钨等缺陷，所以手工钨极氩弧焊机通常采用引弧器进行非接触引弧。引弧器有高频振荡引弧器和高压脉冲引弧器两种，对应有高频引弧和高压脉冲引弧两种引弧方法。

1）高频引弧。高频引弧是利用高频振荡引弧器产生的高频高压击穿钨极与工件之间的间隙而引燃电弧的一种方法。高频振荡引弧器是目前非接触式引弧的一种常用装置，引弧效果好，但也存在一些缺点，如产生的高频电磁波干扰周围工作的电子仪器，可能造成电器元件损坏，还会对长期在高频磁场中工作的人员造成身体危害。因此，必须对高频振荡引弧器采取隔离屏蔽等措施。

2）高压脉冲引弧。高压脉冲引弧就是利用高压脉冲引弧器在钨极与工件之间加一高压脉冲，使两极之间的气体介质电离而引燃电弧的一种方法。这种方法能够避免高频振荡引弧器带来的危害。要使高压脉冲可靠引弧，就应正确选择加入高压脉冲的时间。高压脉冲应该在工件处于负极性半周的峰值时加入钨极与工件之间，这样才能获得最佳的引弧效果。

（4）稳弧装置 交流氩弧的稳定性很差，尤其是用钨极氩弧焊焊接铝合金时，在电流由正极性到负极性的过零瞬间，电流重新引燃比较困难，因此需要采取稳弧措施。手工钨极氩弧焊机常采用高压脉冲稳弧器来进行稳弧。它是在工件由正极性向负极性转变的瞬间，向弧隙提供一个高压脉冲来帮助电弧重燃的，从而达到稳弧的目的。这一方法简单易行，成本不高，效果好，而且可以简化焊接设备，消除高频振荡引弧器的缺点。

（5）消除直流分量装置

1）直流分量产生的原因。交流钨极氩弧焊时电弧电压和焊接电流波形及直流分量示意图如图5-12所示。电极和工件在电、热物理性能及几何尺寸等方面存在差异，使得电弧电压和电流在正、负半周不对称。这种电流不对称现象相当于电弧电流由两部分组成，一部分是交流电流，另一部分是叠加在交流部分上的直流电流。由工件流向钨极的直流电流称为直流分量。这种在交流电弧中产生直流分量的现象称为交流钨极氩弧焊的整流作用。这是由于在正半波时，钨极为负极，电子发射能力强，引弧电压低、电流大，导电时间长；在负半波时，工件为负极，散热快，电子发射困难，需要的引弧电压高，电流小，导电时间短。于是，交流电路中就出现了直流分量。工件的热导率越高，这种现象就越严重。

图5-12 交流钨极氩弧焊时电弧电压和电流波形及直流分量示意图

a）电压波形 b）电流波形

2）直流分量的危害。直流分量的出现使工件为负极的半周电流幅值减小，且作用时间变短，其结果是削弱“阴极破碎”作用，使焊接过程变得困难。另外，直流分量的磁通将使焊接变压器铁心饱和而发热，降低功率输出，使电弧燃烧不稳定，甚至烧毁焊接变压器。因此，只有限制或消除直流分量，才能保证焊接过程顺利进行。

3）消除直流分量装置。在钨极氩弧焊中，可通过在焊接回路中串接蓄电池、整流器和电阻、电容器等来降低或消除直流分量。消除直流分量的方法见表5-8。

表5-8 消除直流分量的方法

（6）延迟电路 延迟电路的作用是控制供气系统，即通过对电磁气阀的延时控制来达到提前送气和滞后断气的目的。

4.供气系统

图5-13 手工钨极氩弧焊机供气系统

1—高压氩气瓶 2—减压阀 3—气体流量计 4—电磁气阀

手工钨极氩弧焊机的供气系统（见图5-13）由高压氩气瓶、减压阀、气体流量计和电磁气阀组成。其作用是将高压气体减至一定的低压，并按不同的流量要求输送氩气至焊接区，从而达到焊接保护的目的。

（1）氩气瓶 氩气瓶为钢制瓶，GB 7144—1999中规定，氩气瓶外表涂银灰色，并标有深绿色“氩”字样。氩气瓶的最大压力为14.71MPa，容积一般为40L。氩气在钢瓶中呈气态，从钢瓶中引出后，不需预热和干燥。

（2）减压阀 减压阀的作用是将高压气瓶中的气体压力降至焊接所要求的压力。通常采用氧气减压器作为减压阀。

（3）气体流量计 气体流量计是检测气体流量的装置。目前，我国常用的气体流量计有两种，分别为浮标式流量计和转子流量计。301—1型浮标式流量计是将减压器和气体流量计制成一体的组合式，使用起来简单可靠；另一种LZB型转子流量计是单一式的，其上的刻度是用空气标定的，当采用氩气作为保护气体时，由于氩气与空气的密度不同，实际的流量也不同，因此必须经过换算才能计算出氩气准确的流量。知识卡：

通常情况下，减压器与气体流量计是制成一体的，成为氩气流量调节器，如图5-14所示。

图5-14 氩气流量调节器

（4）电磁气阀 电磁气阀是一般的通用元件，与CO₂气路上的一样，是以电信号控制气体通断的装置。电磁气阀的开关受控于控制系统，从而达到提前送气和滞后断气的目的。

5.冷却系统

冷却系统主要用来冷却焊接电缆、焊枪和钨极。有时为了保证冷却水可靠接通并有一定的压力，起动焊接设备，通常在TIG焊机中接入水压开关作为保护装置。当焊接电流小于100A时，不需要水冷。许用电流大于100A的焊枪一般为水冷式。对于手工水冷式焊枪，通常将焊接电缆做成水冷电缆，这样可大大提高电流密度，减轻电缆重量，使焊枪更加轻便。

三、钨极氩弧焊机的维护保养和常见故障的排除

1.钨极氩弧焊机的维护保养

正确的维护和保养方法可以保证焊机有良好的工作性能和长久的使用时间。手工钨极氩弧焊机的维护和保养应注意以下几方面：

1）保持焊机清洁，定期用干燥的压缩空气对焊机进行清洁。

2）定期检查焊接电源和控制部分的继电器、接触器的工作情况，当发现触头接触不良时，应及时修理或更换。

3）定期检查焊枪弹性钨极夹头的夹紧情况和喷嘴的绝缘性能是否良好，应及时更换烧坏的喷嘴和焊嘴。

4）焊机在使用前，必须检查供气系统的工作情况，保证焊接时能够正常供气，发现漏气时应及时查找原因并排除故障。

5）应经常注意焊枪冷却系统的工作情况，保证正常供水，以防止烧坏焊枪。

2.钨极氩弧焊机常见故障的排除

手工钨极氩弧焊机常见故障的产生原因及排除方法见表5-9。

表5-9 手工钨极氩弧焊机常见故障的产生原因及排除方法

任务准备

1）焊机：WSM—160型逆变式直流脉冲氩弧焊机。

2）氩气瓶、氩气流量调节器（AT—15型）。

3）气冷式焊枪：QQ—85°/150—1型。

4）铈钨极：WCe-20，直径为2.4mm。

任务实施

1.熟悉手工钨极氩弧焊设备

1）熟悉手工钨极氩弧焊机。在此以WSM—160型逆变式直流脉冲氩弧焊机为例来介绍手工钨极氩弧焊机的结构。

①WSM—160型逆变式直流脉冲氩弧焊机的主要技术参数。见表5-10。

表5-10 WSM—160型逆变式直流脉冲氩弧焊机的主要技术参数

（续）(www.xing528.com)

②认识手工钨极氩弧焊机面板。为了能正确使用钨极氩弧焊机，首先应熟悉钨极氩极焊机的操作面板。WSM—160型逆变式直流脉冲氩弧焊机的面板布局如图5-15所示。

图5-15 WSM—160型逆变式直流脉冲氩弧焊机的面板布局

a）前控制面板 b）后控制面板

2）熟悉氩气瓶及氩气流量调节器。

3）熟悉气冷式焊枪。

2.练习使用手工钨极氩弧焊设备

（1）焊接设备的安装与调试 以WSM—160A型逆变式直流脉冲氩弧焊机为例练习手工钨极氩弧焊设备的安装。将氩气瓶、焊枪、工件等与焊机按照电器安装图连接到一起，焊机必须严格按照说明书进行安装，如图5-16所示。

图5-16 焊机外部接线示意图

焊机的使用电源为220V，50Hz，安装时应确保供电量大于单台焊机用电量。在安装焊机时，需将焊机放置在坚固平坦且清洁不潮湿的地面上，切不可将焊机放在下述地点：可能受到风吹雨淋的地方；环境温度大于40℃或低于-10℃的地方；有危害性或腐蚀性气体的地方；有高温蒸汽的地方；有油性气体的地方；充满灰尘的地方；有振动、易碰撞以及周围空间小于20cm的地方。

在对焊机进行接线时，需使焊机开关处于关闭状态。严禁在焊机开关处于“开”的状态下接线。在接线时，应确保所有接线接触可靠，无裸露带点导线。在将线路接好后，不要急于接通电源，应再检查一遍线路连接是否正确，待确认无误后再通电调试，检查焊机各部分运作是否正常，若有异常，则应立即请专业维修人员进行处理。

（2）正确操作焊接设备 在熟读焊接设备使用说明并按要求将焊接设备安装和调试无误后，便可以操作焊接设备了。具体操作方法如下：

1）按下电源开关，接通电源，电源指示灯（绿色）亮。

2）接通气源（使用水冷式焊枪时还应接通水源），将氩气瓶开关打开，把氩气流量计上氩气流量开关选择在适当的位置上。

3）通过试气开关检查焊机内电磁气阀工作是否正常，即检查当试气开关处于“开”状态时氩气是否会流出焊机，检查完毕后将此开关重新调至“关闭”状态。

4）将氩弧焊/焊条电弧焊转换开关置于“氩弧焊”位置，把直流/脉冲转换开关置于“直流”位置。

5）调节提前供气时间旋钮，使氩气供应时间比电弧出现时间早若干秒。

6）在焊接前，按焊接参数的要求将各旋钮调整到所需要的位置。

7）将焊枪放置在工件待焊处上方，使钨极尖端接近工件，保持一定距离，按下焊枪开关引燃电弧，进行焊接。

8）在焊接结束后，松开焊枪开关，电弧熄灭，通过滞后关气时间调节旋钮选择保护气体延时关闭时间，在保护气体滞后延时程序结束后方可移开焊枪。

9）停电、停气、停水。

检查评议

正确使用手工钨极氩弧焊机评分表见表5-11。

表5-11 正确使用手工钨极氩弧焊机评分表

提示：

1）在钨极氩弧焊接时，应加强焊接区的通风。在不能进行通风的局部空间施焊时，应佩戴供给新鲜空气的面罩或防毒面具。

2）由于钨极氩弧焊对工件和填充金属表面的污染相当敏感，因此焊前必须清除工件表面的油脂、涂层、加工用的润滑剂及氧化膜等。

问题防治

1.焊接过程中电弧不稳定

原因：钨电极被污染或端头未磨好。

解决措施：去除油污部分，重新磨制钨极。

2.焊接过程中钨极损耗

原因：焊枪与焊机极性接反或夹头过热。

解决措施：更改焊枪与焊机输出的连接方式，增大夹头直径。

3.焊接结束后焊缝金属被氧化

原因：断弧后立即关闭保护气体。

解决措施：在断弧后，滞后数秒再关闭保护气体。

想一想

氩气流量对焊缝质量有什么影响？如何正确选择氩气流量？

扩展知识

常用钨极氩弧焊机型号及技术数据

典型的钨极氩弧焊焊机及其主要技术数据见表5-12。

表5-12 典型的钨极氩弧焊焊机及其主要技术数据

考证要点

一、填空题

1.瓶装氩气最高充气压力为____MPa，气瓶为灰色，用____标明“氩气”两字。

2.任何具有____外特性曲线的弧焊电源都可以用作钨极氩弧焊焊接电源。

3.钨极氩弧焊不采取接触短路引弧的原因是____。

4.钨极氩弧焊熄弧时采用电流衰减方法的目的是____。

5.高频高压引弧法需要钨极氩弧焊机的高频振荡引弧器输出____的高频高压电，当钨极和工件的距离为2mm时，就能使电弧引燃。

6.手工钨极氩弧焊机型号WSM—250中的“250”表示____。

7.直流分量能显著降低阴极破碎作用，影响待熔化金属表面氧化膜的去除，并使电弧不稳，焊缝易出现未焊透等缺陷，因此在____时应尽量设法消除直流分量。

8.一台型号为WS—400的手工钨极氩弧焊机具有____条电弧静特性曲线。

9.在进行直流手工钨极氩弧焊时，工件接____叫直流正接，通常用于焊接。

10.氩气流量计的作用是____。

二、选择题

1.电磁气阀的作用是____。

A.控制气体的流量 B.启闭气路 C.提前供气，滞后停气

2.钨极氩弧焊机控制系统的调试包括测试____。

A.焊接小车性能

B.引弧性能

C.交流电源阴极雾化作用

D.当输入电压变化时输出电流的变化

3.氩气瓶的颜色是____色。

A.黑 B.灰 C.蓝

4.____属于钨极氩弧焊枪的试验内容。

A.焊丝的送丝速度

B.输出电流和电压的调节范围

C.电弧的稳定性

D.在额定电流和额定负载持续率情况下使用时焊枪的发热情况

5.在检修手工钨极氩弧焊机的____时，应对各接头连接处、喷嘴螺纹处、喷嘴、夹头绝缘垫圈等进行检修。

A.水路系统 B.电源控制箱

C.焊枪 D.机身和电缆线

6.按我国现行规定直流钨极氩弧焊机，当额定焊接电流为400A时，焊接电流的调节范围应是____。

A.40～400A B.50～400A C.75～630A

7.能焊接铝及铝合金、碳钢、不锈钢、耐热钢等材质的钨极氩弧焊机型号应为____。

A.WSJ—400 B.WSM—400 C.WSE5—315

8.高频高压引弧法，需要钨极氩弧焊机的高频振荡引弧器输出____的高频高压电，当钨极和工件的距离为2mm时，就能使电弧引燃。

A.2000～3000V，150～260kHz

B.220～380V，15～26kHz

C.65～90V，1500～2600kHz

9.在钨极氩弧焊机的高频振荡引弧器被接通后，钨极和工件之间产生高频火花并引燃电弧，若为直流焊接，则____工作。

A.高频振荡引弧器立即停止

B.高频振荡引弧器仍然继续

C.高频振荡引弧器断续

10.QQ—85°/150—1型____手工钨极氩弧焊焊枪适合于板厚为2～3mm的碳钢或不锈钢的焊接。

A.水冷式B.气冷式C.水气混合式

三、判断题

1.手工钨极氩弧焊机的型号WSM—250中“250”的含义是：最大焊接电流为250A。 （ ）

2.因手工钨极氩弧焊电弧的静特性与焊条电弧焊相似，故任何具有陡降外特性曲线的弧焊电源都可以作为氩弧焊电源。 （ ）

3.直流手工钨极氩弧焊电源的空载电压范围应是65～80V。 （ ）

4.钨极氩弧焊机引弧装置的高频振荡引弧器可输出2000～3000V，150～260kHz的高频高压电，在接通电源后，钨极和工件相距2mm左右时就能使电弧引燃。 （ ）

5.只有在直流钨极氩弧焊电源上加接稳弧装置，才可保证电弧稳定燃烧。 （ ）

6.QS—85°/250的含义是：手工钨极氩弧焊水冷式焊枪，焊枪出气角度为85°，额定焊接电流为250A。 （ ）

7.氩气流量调节器仅能方便地调节氩气流量，不能起到降压和稳压的作用。 （ ）

8.当钨极氩弧焊机起动开关断开时，焊接电流衰减，同时氩气气路断路。 （ ）

9.钨极氩弧焊设备引起焊接电流不稳是常见的故障之一，原因是水路、气路堵塞或泄漏，钨极不洁，焊枪钨极夹头未旋紧等。 （ ）

10.在直流钨极氩弧焊时，工件接电源的正极叫直流正接，通常用来焊接小直径管及薄板。 （ ）

四、简答题

1.简述手工钨极氩弧焊焊机安装后检查与调试的方法与内容。

2.试述钨极脉冲氩弧焊的特点。

3.钨极氩弧焊时为什么要提前供气和滞后停气？