板对接钨极氩弧焊

子任务四　板对接钨极氩弧焊

目标要求

1.掌握手工钨极氩弧焊引弧、收弧操作方法。

2.掌握焊丝送进方法。

3.掌握焊丝与焊枪协调配合的操作技术。

一、任务

图4.12

二、任务准备

1.钨极氩弧焊试焊的焊前准备

(1)WS—300型钨极氩弧焊机。

(2)AT—15型氩气瓶及氩气流量调节器。

(3)直径为2mm的铈钨极。

(4)气冷式焊枪。

(5)低碳钢板焊件，规格为300mm×100mm×3mm，若干块。

(6)H08A焊丝，直径为2mm。

2.钨极氩弧焊薄板对接焊焊前准备

(1)焊接设备：氩气瓶及氩气流量调节器、焊枪(与平敷焊相同)。

(2)Wce—20铈钨极：直径为2.5mm和3mm，端头磨成30°圆锥形，锥端直径0.5mm。

(3)低碳钢板焊件：规格为300mm×100mm×3mm，两块为一组。

(4)H08A焊丝：直径为2.5mm和3mm。

(5)焊件与焊丝清理：采用钢丝刷或砂布清理焊接处和焊丝表面。

(6)装配及定位焊：定位焊时先焊焊件两端，然后在中间加定位焊点，待焊件边缘熔化形成熔池后再加入焊丝，且定位焊缝宽度应小于最终焊缝宽度。定位焊也可以不添加焊丝，直接利用母材的熔合进行定位。定位焊之后必须矫正焊件(保证不错边)，并作适当的反变形(以减小焊后变形)。

三、任务相关知识

用钨极作电极，利用从喷嘴流出的氩气在电弧及焊接熔池周围形成连续封闭的气流，保护钨极、焊丝和焊接熔池不被氧化的手工操作称为手工钨极氩弧焊，见图4.13。

图4.13

1—焊丝；2—熔池；3—喷嘴；4—钨极； 5—氩气；6—焊缝；7—焊件

1.手工钨极氩弧焊机

(1)手工钨极氩弧焊机由焊接电源、控制系统、焊枪、供气及冷却系统等部分组成，其外部接线见图4.14。

①焊接电源采用具有陡降外特性的BX3—1—500型动圈式弧焊变压器为交流电源。

②控制系统包括交流接触器、脉冲稳弧器、延时继电器、电磁气阀和消除直流分量的电器等控制元件，后面装有接线板，上部装有电流表、电源与水流指示灯和电源转换开关等器件。

图4.14

③供气系统包括氩气瓶、氩气流量调节器及电磁气阀等。

a.氩气瓶构造(除瓶阀外)与氧气瓶相同，外表涂灰色，并用绿漆标以“氩气”字样。氩气瓶最大压力为15MPa，容积为40L。

b.氩气流量调节器不仅能起到降压和稳压的作用，而且可方便地调节氩气流量。氩气流量调节器的外形见图4.15。

c.电磁气阀是开闭气路的装置，由延时继电器控制，可起到提前供气和滞后停气的作用。

④冷却系统用来冷却焊接电缆、焊枪和钨极。焊接电流小于150A，可以不用水冷却；焊接电流超过150A时，必须通水冷却，并以水压开关控制。

⑤焊枪由枪体、钨极夹头、进气管、电缆、陶瓷喷嘴、按钮开关等组成。焊枪的作用是传导电流、夹持钨极和输送氩气。

a.焊枪可分为大、中、小三种，按冷却方式又可分为气冷式和水冷式。当所用焊接电流小于150A时可选择气冷式焊枪，图4.16所示为气冷式氩弧焊枪；若所用焊接电流大于150A时必须采用水冷式焊枪。图4.17所示为水冷式氩弧焊枪。

图4.15

图4.16

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

图4.17

1—钨极；2—陶瓷喷嘴；3—导流件；4、8—密封圈；5—枪体；6—钨极夹头； 7—盖帽；9—船形开关；10—扎线；11—手把；12—插圈；13—进气皮管；14—出水皮管；15—水冷缆管；16—活动接头；17—水电接头

b.常见的焊枪喷嘴出口形状见图4.18。圆柱带锥形和圆柱带球形的喷嘴保护效果最佳，氩气流速均匀，容易保持层流，是生产中常用的一种形式。圆锥形喷嘴，因出口氩气流速变快，气体挺度虽好一些，但容易造成紊流，保护效果较差，但由于操作方便、便于观察熔池，也经常被使用。

c.钨极起传导电流、引燃电弧、维持电弧正常燃烧的作用。目前所用的钨极材料主要有纯钨、钍钨和铈钨三种。使用交流氩弧焊时，钨极端部磨削成圆球形，以减少极性变化对电极的损耗；使用直流正接时，磨削成平底锥形；使用小电流施焊时，磨削成圆锥形，见图4.19。

图4.18

(a)圆柱带锥形；(b)圆柱带球形；(c)圆锥形

图4.19

(a)圆球形；(b)平底锥形；(c)圆锥形

磨削钨极时，应采用封闭式或抽风式砂轮机，操作时戴口罩。磨削完毕，应洗净手脸。

(2)钨极氩弧焊机的使用、常见故障及排除方法。

①使用焊机的注意事项如下：

a.焊机应按外部接线图正确连接，铭牌电压值与网路电压值应相符，外壳必须可靠接地。

b.焊机使用前，检查水路、气路是否良好连接，以保证焊接时水、气正常供应。

c.定期检查焊枪钨极夹头的夹紧情况，及时清理喷嘴上的渣壳。

d.工作完毕或临时离开工作现场时，必须切断电源、关闭水源及气瓶阀门。

e.焊工工作前，应看懂焊接设备使用说明书，熟悉焊接设备的构造，掌握其正确的使用方法。

②钨极氩弧焊机常见故障及排除方法。钨极氩弧焊机常见故障有：水、气路堵塞或泄露；焊枪钨极夹头未旋紧，引起电弧不稳；焊件与地线接触不良或钨极不洁净引不起弧；焊机熔断器断路、焊枪开关接触不良使焊机不能正常启动等；还会有焊机内部电子元件损坏或其他机械设备的故障。常见故障及排除方法见表4.6。

表4.6　钨极氩弧焊机常见故障及排除方法

续表

2.焊接工艺参数

焊接工艺参数包括焊接电源种类和极性、钨极直径、焊接电流、电弧电压、氩气流量、喷嘴直径、喷嘴至焊件的距离及钨极伸出长度等。

表4.7　板对接钨极氩弧焊焊接电源种类和极性

(1)焊接电源种类和极性。焊接电源的种类和极性可根据焊件材质进行选择，见表4.7。采用直流正接时，焊件接正极，温度较高，适于焊接厚焊件及散热快的金属；钨极接负极，温度低，可提高许用电流，同时钨极烧损小。直流反接时，具有“阴极破碎作用”，对焊接铝、镁及其合金有击碎表面氧化物作用；但钨极接正极烧损大，所以手工钨极氩弧焊很少采用。采用交流电源具有同样作用。

(2)钨极直径。如果钨极直径选择不当，将造成电弧不稳、钨极烧损严重和焊缝夹钨。一旦钨极直径选定，即限定了焊接许用电流值。采用不同的电源极性和不同的钨极直径所对应的许用电流见表4.8。

表4.8　板对接钨极氩弧焊钨极直径的选择

(3)焊接电流。可通过观察电弧情况来判断焊接电流是否合适。正常时，钨极端部呈熔化状的半球形，此时电弧稳定，焊缝成形良好；电流过小时，钨极端部电弧偏移，此时电弧飘动；电流过大时，钨极端部发热，钨极熔化部分脱落到熔池中形成夹钨等缺陷，并且电弧不稳，焊接质量差。焊接电源和相应的电弧特征见图4.20。

图4.20

(a)焊接电流正常；(b)焊接电流过小； (c)焊接电流过大

(4)电弧电压。电弧电压由弧长决定，电弧长电压高。弧长增加，焊缝宽度增加，熔深减少，气体保护效果随之变差，甚至产生焊接缺陷。因此，应尽量采用短弧焊。

(5)氩气流量。若气体流量过小，则易产生气孔和焊缝被氧化等缺陷；若气体流量过大，则会产生紊流，使空气卷入焊接区，降低保护效果。生产实践中，孔径为12～20mm的喷嘴，最佳氩气流量范围为8～16 L/min。

(6)焊接移动速度。氩气保护是柔性的，若焊接移动速度过快，则氩气气流会受到弯曲，保护效果减弱。

(7)喷嘴直径。常用的喷嘴直径一般取8～20mm。

(8)钨极伸出长度。钨极伸出长度一般以3～4mm为宜。如果伸出长度增加，喷嘴距焊件的距离也增大，氩气保护效果也会受到影响。

(9)喷嘴至焊件距离。一般为8～12mm。这个距离是否合适，可通过测定氩气有效保护区域的直径来判断。测定的方法是采用交流电源在铝板上引燃电弧、焊枪固定不动，电弧燃烧5～6s后切断电源。铝板上留下的银白色区域，如图4.21所示，称为气体有效保护区域或去氧化膜区，直径越大，说明保护效果越好。

图4.21

1—钨极；2—焊枪；3—焊件

另外，生产实践中，可通过观察焊缝表面色泽和是否有气孔来判定氩气保护效果，见表4.9和表4.10。

表4.9　不锈钢板、碳钢板焊缝表面色泽和保护效果

表4.10　钛板焊缝表面色泽和保护效果

3.手工钨极氩弧焊操作要点

(1)引弧。通常手工钨极氩弧焊机本身具有引弧装置(高压脉冲发生器或高频振荡器)，钨极与焊件并不接触(保持一定距离)，就能在施焊点上直接引燃电弧，可使钨极端头保持完整，钨损耗小，不会产生夹钨缺陷。若氩弧焊机没有引弧装置，操作时，可使用纯铜板或石墨板作为引弧板，在其上引弧，使钨极端头受热到一定温度，约1s后，立即移到焊接部位引弧焊接。这种接触引弧会产生很大的短路电流，很容易烧损钨极端头。

(2)右焊法与左焊法。右焊法适用于厚件的焊接，焊枪从左向右移动，电弧指向已焊部分，有利于氩气保护焊缝表面不受高温氧化；左焊法适用于薄件的焊接，焊枪从右向左移动，电弧指向未焊部分，有预热作用，容易观察和控制熔池温度，焊缝成形好，操作容易掌握。一般均采用左焊法。

(3)收弧。收弧方法不正确，容易产生弧坑裂纹、气孔和烧穿等缺陷。因此，应采取衰减电流的方法，即电流由大到小逐渐下降，以填满弧坑，一般氩弧焊机都配有电流自动衰减装置。收弧时，通过焊枪手柄上的按钮断续送电来填满弧坑。若无电流衰减装置时，可采用手工操作收弧，其要领是逐渐减少焊件热量，如改变焊枪角度、稍拉长电弧、断续送电等。收弧时，填满弧坑后，慢慢提起电弧直至熄弧，不要突然拉断电弧。熄弧后，氩气会自动延时几秒钟停气(因焊机具有提前送气和滞后停气的控制装置)，以防止金属在高温下产生氧化。

(4)焊丝送进方法。一种方法是左手捏住焊丝的远端，靠左臂移动送进，由于送丝时手臂易抖动，不推荐采用。另一种方法是以左手拇指、食指捏住焊丝，并用中指和虎口配合托住焊丝便于操作的部位，需要送丝时，将捏住焊丝弯曲的拇指和食指伸直，稳稳地将焊丝送入焊接区，然后借助中指和虎口托住焊丝，迅速弯曲拇指、食指，向上倒换捏住焊丝，如此反复完成焊丝填充。

四、任务实施

1.钨极氩弧试焊

(1)确定焊接工艺参数，见表4.11。

表4.11　钨极氩弧焊焊接工艺参数

(2)调试焊机，分以下两步进行。

①分别开启焊机气阀和电源开关检查气路和电路，若无异常进行下一步工作。

②调整好焊接工艺参数正式操作前，通过短时焊接，对设备进行一次负载检查，进一步发现空载未暴露的问题，确认气路及电路系统无问题后开始焊接。

(3)试焊操作。将焊件平放在工作台面上进行试焊，焊道与焊道间距为20～30mm。采用左焊法，焊枪与焊件表面成70°～85°的夹角，填充焊丝与焊件表面成10°～15°夹角，见图4.22。

图4.22

将电弧引燃后，保持喷嘴至焊接处一定距离并稍作停留，使母材形成熔池后再送丝。填充焊丝时，焊丝的端头切勿与钨极接触，否则焊丝会被钨极沾染，熔入熔池后形成夹钨，并且钨极端头沾有焊丝熔液，端头变为球状会影响正常焊接。焊丝送入熔池的落点应在熔池的前沿处，被熔化后，将焊丝移出熔池(但不能离开氩气保护区，以免灼热的焊丝端头被氧化，降低焊缝质量)，然后再将焊丝重复地送入熔池，直至将整条焊道焊完。若中途停顿或焊丝用完再继续焊接时，要用电弧把起焊处的熔池金属重新熔化，形成新的熔池后再加入焊丝，并与原焊道重叠5mm左右。在重叠处要少添加焊丝，避免接头过大。

(4)检查焊接质量。焊后要清理焊件，要求焊缝表面呈清晰和均匀的鱼鳞波纹。

2.钨极氩弧薄板对接焊

(1)确定焊接工艺参数，见表4.8。

(2)打底层焊。采用左焊法，焊丝、焊枪与焊件之间的角度见图4.22。

起焊时，将稳定燃烧的电弧拉向定位焊缝的边缘，用焊丝迅速触及焊接部位进行试探，当感到该部位变软开始熔化时，立即添加焊丝：焊丝的填充一般采用断续点滴填充法，即焊丝端部在氩气保护区内，向熔池边缘以滴状反复加入，焊枪向前作微微摆动。焊丝的添加和焊枪的运行动作要配合协调，焊枪要保持一定的弧长且平稳而均匀地前移。焊丝端部位于钨极前下方，不可触及钨极，钨极端部要对准接口，防止焊缝偏移和熔合不良。遇到定位焊缝时，可适当抬高焊枪，并加大焊枪与焊件间的角度，以保证焊透。焊接过程中，若焊件间隙变小，则应停止填丝，将电弧压低1～2mm，直接进行击穿；当间隙增大时，应快速向熔池添加焊丝，然后向前移动焊枪，以避免产生烧穿和塌陷现象。如果发现有下沉趋向时，必须断电熄弧片刻，再重新引弧继续焊接。

(3)收弧和接头。一根焊丝用完后，焊枪暂不抬起，按下电流衰减开关，左手迅速更换焊丝，将焊丝端头置于熔池边缘后，启动正常焊接电流继续进行焊接。若条件不允许，则应先使用衰减电流，停止送丝，等待熔池缩小且凝固后再移开焊枪。进行接头时，采用与始焊时相同的方法引弧，然后将电弧拉至收弧处，压低电弧直接击穿接口根部，形成新的熔池后再填丝焊接。

(4)盖面层焊。盖面层焊接要相应加大焊接电流，并要选择比打底层焊时稍大些的钨极直径及焊丝。操作时，焊丝与焊件间的角度尽量减小，送丝速度相对快些，并且连续均匀。焊枪作小锯齿形横向摆动，其幅度比打底层焊时稍大，在接口两侧稍作停留，熔池超过接口棱边0.5～1mm，根据焊缝的余高决定填丝速度，保证熔合良好，焊缝均匀平整。

(5)焊后关闭气路和电源，将焊枪连同输气管和控制电缆等盘好挂起，并清理工作现场。

五、任务分配

焊接设备：WS—300型钨极氩弧焊机，AT—15型氩气瓶及氩气流量调节器。

钨极：直径为2mm的铈钨极。

焊件：低碳钢板焊件，规格为300mm×100mm×3mm，若干块。

焊丝：H08A焊丝，直径为2mm。按图4.12要求练习。

单件工时：36min。

六、任务检测与评价

续表

七、任务总结(任务质量分析)

(1)填充焊丝要均匀，且快慢适当。填充过快，焊缝余高大；填充过慢，焊缝下凹和咬边。

(2)操作过程中，若不慎将钨极与焊丝相碰，发生瞬间短路造成焊缝污染和夹钨时，应立即停止焊接，用砂轮磨掉被污染处，直至露出金属光泽，被污染的钨极要重新磨尖方可继续施焊。

八、复习思考题

(1)试进行手工钨极氩弧焊机的外部连接。

(2)钨极氩弧焊的焊接有哪些工艺参数?

(3)手工钨极氩弧焊操作时有几种焊丝送进方法，具体怎样操作?

(4)薄板对接定位焊有哪些要求，怎样操作?

(5)简述手工钨极氩弧焊操作要点。