TIG焊

最常用到的焊接方式

TIG焊(Tungsten Inert Gas Welding),又稱為非熔化極惰性氣體保護電弧焊。無論是在人工焊接還是自動焊接0.5~4.0mm厚的不鏽鋼時,TIG焊都是最常用到的焊接方式。用TIG焊加填絲的方式常用於壓力容器的打底焊接,原因是TIG焊接的氣密性較好能降低壓力容器焊焊接時焊縫的氣孔。TIG焊的熱源為直流電弧,工作電壓為10~95伏,但電流可達600安。焊機的正確連結方式是工件連結電源的正極,焊炬中的鎢極作為負極。惰性氣體一般為氬氣

焊接流程


TIG焊
TIG焊
惰性氣體通過焊炬送入,在電弧四周和焊接熔池上形成屏蔽。為增加熱輸入,一般向氬內添加5%的氫。但是,在焊接鐵素體不鏽鋼時,不能在氬氣內加氫。氣體耗量每分鐘約3~8升。在焊接過程中除從焊炬吹入惰性氣體外,最好還從焊縫下吹入保護焊縫背面用的氣體。
如果需要,可以向焊縫熔池內填充與被焊奧氏體材料成分相同的焊絲,在焊接鐵素體不鏽鋼時,通常使用316型填料。

原理和優勢


氣體保護焊是利用外加氣體作為保護介質的一種電弧焊方法,其優點是電弧和熔池可見性好,操作方便;沒有熔渣或很少熔渣,無需焊后清渣。但在室外作業時需採取專門的防風措施。
根據焊接過程中電極是否熔化,氣體保護焊可分為不熔化極(鎢極)氣體保護焊和熔化極氣體保護焊。前者包括鎢極惰性氣體保護焊等離子弧焊和原子氫焊。原子氫焊目前在生產中已很少應用。
TIG焊
TIG焊
鎢極惰性氣體保護焊英文簡稱TIG(Tungsten Inert Gas Welding)焊。它是在惰性氣體的保護下,利用鎢電極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲(如果使用填充焊絲)的一種焊接方法。焊接時保護氣體從焊槍的噴嘴中連續噴出,在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣,以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響,從而可獲得優質的焊縫。保護氣體可採用氬氣、氦氣或氬氦混合氣體。在特殊應用場合,可添加小量的氫。用氬氣作為保護氣體的稱鎢極氬弧焊,用氦氣的稱鎢極氦弧焊,由於氦氣價格昂貴,在工業上鎢極氬弧焊的應用要比氦弧焊廣泛得多。本章以鎢極氬弧焊為典型,介紹鎢極惰性氣體保護焊,某些地方也對氦氣和鎢極氦弧焊特有的性能做了說明。

分類


鎢極氬弧焊按操作方式分為手工焊、半自動焊和自動焊三類。手工鎢極氬弧焊時,焊槍的運動和添加填充焊絲完全靠手工操作;半自動鎢極氬弧焊時,焊槍運動靠手工操作,但填充焊絲則由送絲機構自動送進;自動鎢極氬弧焊時,如工件固定電弧運動,則焊槍安裝在焊接小車上,小車的行走和填充焊絲可以用冷絲或熱絲的方式添加。熱絲是指提高熔敷速度。某些場合,例如薄板焊接或打底焊道,有時不必添加填充焊絲。
上述三種焊接方法中,手工鎢極氬弧焊應用最廣泛,半自動鎢極氬氬弧焊則很少應用。

焊接電源


TIG焊時,由於使用的電流密度較小以及氬氣的導熱率小,電弧基本不受壓縮,電弧的靜特性是水平的,根據電弧靜特性對電源外特性的要求,不論採用交流電源還是直流電源,都應該採用下降外特性的電源。由於TIG焊時,弧長的微小變化都會引起焊接電源發生很大的波動,所以,TIG焊時最理想的是採用垂直陡降外特性的電源(比如磁放大器式硅弧焊整流器),它可以消除由弧長變化引起的電流波動。
TIG焊焊接鋁、鎂及其合金時一般都採用交流電源。

問題


1、會產生直流分量
交流電焊接鋁、鎂等金屬時,鎢極和鋁、鎂等工件的電子發射能力是不同的,鎢極作為陰極時發射電子的能力比較強。正半周時鎢極作為陰極,電弧空間電子數目增多,導電容易,就相當於電弧的等效電阻減小,所以在相同電源下,電弧電流就增大;相反,負半周時,電弧電流比較小。由於兩半周的電流不對稱,所以交流電弧的電流可以看成由兩部分構成,一是直流電,一是疊加在交流部分上的直流電,這部分直流電流稱為直流分量,它的方向和正半周內的電流方向相同,由母材流向鎢極。這種交流電弧中產生直流分量的現象稱為鎢極交流氬弧焊的“整流作用”。一般,兩種電極材料物理性能差別越大,直流分量就越大。直流分量的出現,會使陰極破碎作用減弱,影響焊接變壓器的正常工作,所以有必要消除直流分量。
在焊接迴路中串入反極性電池和隔離電容可以消除直流分量,電池產生的電流方向和直流分量方向相反,而電容只允許交流通過而直流不能通過。穩弧方面,採用高頻振蕩器穩弧或用高壓脈衝引弧和穩弧。
2、必須採取穩弧措施
由於交流焊機中存在電流不斷換向的問題,每當電流改變方向時,都有一極短時間內沒有電流流過,導致電弧不穩,甚至熄弧,所以交流電弧沒有直流電弧穩定。

優缺點


優點

1)氬氣能有效地隔絕周圍空氣 它本身又不溶於金屬,不和金屬反應;鎢極氬弧焊過程中電弧還有自動清除工件表面氧化膜的作用。因此,可成功地焊接易氧化,氮化、化學活潑性強的有色金屬不鏽鋼和各種合金。
2)鎢極電弧穩定 即使在很小的焊接電流(<10A)下仍可穩定燃燒,特別適用於薄板,超薄板材料焊接。
3)熱源和填充焊絲可分別控制,因而熱輸入容易調節,可進行各種位置的焊接,也是實現單面焊雙面成形的理想方法。

缺點

1)熔深淺,熔敷速度小,生產率較低。
2)鎢極承載電流的能力較差,過大的電流會引起鎢極熔化和蒸發,其微粒有可能進入熔池,造成污染(夾鎢)。
3)隋性氣體(氬氣、氦氣)較貴,和其它電弧焊方法(如手工電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊等)比較,生產成本較高。鎢極氬弧焊可用於幾乎所有金屬和合金的焊接,但由於其成本較高,通常多用於焊接鋁、鎂、鈦、銅等有色金屬,以及不鏽鋼、耐熱鋼等。對於低熔點和易蒸發的金屬(如鉛、錫、鋅),焊接較困難。鎢極氬弧焊所焊接的板材厚度範圍,從生產率考慮3mm以下為宜。對於某些黑色和有色金屬的厚壁重要構件(如壓力容器及管道),在根部熔透焊道接,全位置焊接和窄間隙接時,為了保證高的焊接質量,有時也採用鎢極氬弧焊。

應用


由於氬氣的保護,隔離可空氣對熔化金屬的有害作用,所以,TIG焊廣泛用於焊接容易氧化的有色金屬鋁、鎂等及其合金、不鏽鋼、高溫合金、鈦及鈦合金,還有難熔的活性金屬(如鉬、鈮、鋯等),而一般碳鋼低合金鋼等普通材料,除了對焊接質量要求很高的場合,一般不採用TIG焊。

常見焊材


▲GMT-SKD11 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 56~58 焊補冷作鋼、五金衝壓模、切模、刀具、成型模、工件硬面製作具高硬度、耐磨性及高韌性之氬焊條,焊補前先加溫預熱,否則易產生龜裂現象。
▲GMT-63度刀口刃口焊絲> 0.5 ~ 3.2mm HRC 63~55,主要應用於焊拉刀模,熱作高硬度具模,熱鍛總模,熱沖模,螺絲模,耐磨耗硬面,高速鋼,刀口修復。
▲GMT-SKD61 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 40~43 焊補鋅、鋁壓鑄模、具良好之耐熱性與耐龜裂性、熱氣沖模、鋁銅熱鍛模、鋁銅壓鑄模、具良好耐熱、耐磨、耐龜裂性。一般熱壓鑄模常有龜甲裂紋狀,大部 份是由熱應力所引起,亦有因表面氧化或壓鑄原料之腐蝕所引起,熱處理調至適當硬度改善其壽命,硬度太低或太高均不適用。
▲GMT-70N > 0.1 ~ 4.0mm焊絲特性與用途:高硬度鋼之接合,鋅鋁壓鑄模龜裂、焊合重建、生鐵/鑄鐵焊補。可直接堆焊各種鑄鐵/生鐵材料,也可做為模具龜裂之焊合,使用鑄鐵焊接時,盡量將電流放低,用短距離的電弧焊接,鋼材進行部份之預熱,焊接后之加熱以及慢慢冷卻。
▲GMT-60E> 0.5 ~ 4.0mm特性與用途:專用焊高拉力鋼之接合,硬面製作之打底,龜裂之焊合。高強度焊絲,含鎳鉻合金成份高,專業用於防破裂底層焊接、填充打底用,拉力強,並可修補鋼材焊后龜裂現象。抗拉強度: 760 N/mm² 廷伸率: 26%
▲GMT-8407-H13 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 43~46 制鋅、鋁、錫等有色合金及銅合金壓鑄模,可用作熱鍛或衝壓模。具高韌性、耐磨性及防熱熔蝕性佳,抗高溫軟化,防高溫疲勞性良好,可焊補熱作沖頭、絞刀、軋刀、切槽刀、剪刀...等做熱處理時,需防止脫碳,熱工具鋼焊后所產生之硬度太高亦發生破裂。
▲GMT-防爆裂打底焊絲 > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高硬度鋼之接合,硬面製作之打底,龜裂之焊合。高強度焊支,含鎳鉻合金成份高,用於防破裂底層焊接、填充打底,拉力強,並可修補鋼材之龜裂焊合重建。
▲GMT-718 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 28~30 大型家電、玩具、通信、電子、運動器材等塑料產品模具鋼。塑料射出模、耐熱模、抗腐蝕模,切削性、蝕花性良好,研磨后表面光澤性優良,使用壽命長。
▲GMT-738 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 32~35 半透明及需有表面光澤之塑料產品模具鋼,大型模具,產品形狀複雜及精度高之塑料模用鋼。塑料射出模、耐熱模、抗腐蝕模、蝕花性良好,具備優良加工性 能,易切削拋光和電蝕,韌性及耐磨性佳。預熱溫度250~300℃后熱溫度400~500℃,作多層焊補時,採用後退法焊補,較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-P20Ni > 0.5 ~ 3.2mm HRC 30~34 塑料射出模、耐熱模(鑄銅模)。以焊接裂開敏感性低的合金成份設計,含鎳約1%,適合PAPOM、 PS、PEPPABS塑料,具良好之拋光性,焊后無氣孔、裂紋,打磨後有良好之光潔度,經真空脫氣,鍛造后,預硬至HRC 33度,斷面硬度分佈均一,模具壽命達300,000以上。預熱溫度250~300℃后熱溫度400~500℃,作多層焊補時,採用後退法焊補,較不易產 生融合不良及等缺陷。
▲GMT-NAK80 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 38~42 塑料射出模、鏡面鋼。高硬度,鏡面效果特佳,放電加工性良好,焊接性能極好,研磨后,光滑如鏡,為世界最進步,最優秀塑模鋼,加入易削元素,切削加 工容易,具高強韌性及耐磨不變形特性,適合各種透明塑料產品之模具鋼。預熱溫度300~400℃后熱溫度450~550℃,作多層焊補時,採用後退法焊補,較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-S136 > 0.5 ~ 1.6mm HB~400 塑料射出模,抗腐蝕、滲透性良好。高純度、高鏡面度,拋光性良好,抗銹防酸能力極佳,熱處理變型少,適合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑料,耐腐蝕及容易加 工之模件及夾具,超鏡面耐蝕精密模具,如橡膠模具、照相機部件、透鏡、錶殼等。
▲GMT- 皇牌鋼> 0.5 ~ 2.4mm HB~200 鐵模、鞋模、軟鋼焊接、易雕刻蝕花, S45C 、S55C 鋼材等修補。質地細密、軟、易加工、不會有氣孔產生,預熱溫度200~250℃ 后熱溫度350~450℃。
▲GMT-BeCu (鈹銅) > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高導熱的銅合金模具材料,主加元素為鈹,其適用於塑料注塑成型模具的內鑲件、模芯壓鑄沖頭、熱流道冷卻系統、導熱嘴、吹塑模具的整體型腔、磨耗板等。鎢銅材料則應用在電阻焊、電火花、電子封裝以及精密機械設備等。
▲GMT-CU(氬焊銅) > 0.5 ~ 2.4mm HB~200 此焊支用途廣泛,可焊補電解片、銅合金、鋼、青銅生鐵、一般銅件之焊補。機械性能良好,可用於銅合金之焊接修補,也可用於焊接鋼和生鐵、鐵的接合。
▲GMT-油鋼焊絲 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 52~57 沖裁模、量規、拉模、穿孔沖頭、可廣泛使用在五金冷衝壓,手飾壓花模等,通用特殊工具鋼、耐磨、油冷
▲GMT-Cr鋼焊絲 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 55~57 沖裁模、冷作成型模、冷拉模、沖頭、高硬度、高軔性、線切割性良好。焊補前先加溫預熱,焊補后請做后熱動作。
▲GMT-MA-1G > 1.6~2.4mm,超鏡面焊絲,主要應用于軍工產品或要求極高的產品。硬度HRC 48~50 馬氏體時效鋼系,鋁壓鑄模,低壓鑄造模,鍛造模,沖裁模,注塑模的堆焊。特殊硬化高韌度合金,非常適用於鋁重力壓鑄模、澆 口、延長使用壽命的2~3倍,可製作非常精密之模具、超鏡面(澆口補焊,使用不易熱疲勞裂痕)。
▲GMT-高速鋼焊絲(SKH9) > 1.2~1.6mm HRC 61~63 高速鋼,耐用性為普通高速鋼的1.5~3倍,適用於製造加工高溫合金、不鏽鋼、鈦合金、高強度鋼等難加工材料的刀具、焊補拉刀、熱作高硬度工具、模具、熱鍛總模、熱沖模、螺絲模、耐磨耗硬面、高速度鋼、沖具、刀具、電子零件、螺紋滾模、牙板、鑽滾輪、滾字模、壓縮機葉片及各種模具機械零件等 ...。經過歐洲工業水準嚴格品質管制,高含碳量,成份優 良材料內部組織均勻,硬度穩定,而且耐磨性、韌性、耐高溫等 ...。特性皆比一般同等級之材料為佳。
▲GMT-氮化零件焊補焊絲> 0.8 ~ 2.4mm HB~300 適用於氮化后模具,零件表面修補。

放射性危害


氬弧焊和等離子弧焊割使用的釷鎢電極含有1—1.2%的氧化釷,釷是一種放射性物質,在焊接過程中和與釷鎢棒的接觸過程中,受放射線影響。
放射線以兩種形式作用於人體:一是體外照射,二是通過呼吸和消化系統進入體內發生體內照射。從對掩氬弧焊和等離子弧焊的大量調查和測定證明,它們的放射性危害性是較小的,因為每天消耗釷鎢極棒僅100—200毫克,放射劑量極微,對人體影響不大。
有兩種情況必須注意:一是在容器內焊接時,通風不暢,煙塵中放射性粒子有可能超過衛生標準;二是在磨削釷鎢棒時及存在釷鎢棒的地點,放射性氣溶膠和放射性粉塵的濃度,可達到甚至超過衛生標準。
放射性物質侵入體內可引起慢性放射性病,主要表現在一般機能狀態減弱,可以看到明顯的衰弱無力,對傳染病抵抗力明顯降低,體重減輕等癥狀。