河南工程学院《现代焊接技术》考查课
专业论文
钨极气体保护焊技术及进展
学生姓名：***
学院：机械工程学院
专业班级：材料成型及控制工程1241
专业课程：现代焊接技术
任课教师：***
2015 年6 月4 日
钨极气体保护焊技术及进展
摘要：钨极气体保护焊(GTAW)是在钨极与焊件之间建立电弧，熔化母材和填充金属形成熔池，从而连接被焊金属的一种焊接方法。惰性气体通过焊枪喷嘴送入焊接区，是焊接电弧，熔池金属及热影响区与空气隔绝，保护焊缝金属不被氧化[1-2]。经过几十年的发展，作为一种精密、优质的焊接方法，在各工业部门得到了广泛应用。
关键字：钨极气体保护焊；焊接工艺；操作技术
引言
随着焊接要求的复杂化，尤其是对铝、镁合金的焊接质量的要求越来越高，迫使需要一种新的焊接方法。六十年代后半期许多专业设计人员和技术工人转入相关工业部门，从而加速了焊接装置的进程。七十年代中期焊接装置的可靠性和焊接性能已大大改善，加上狭坡口焊接技术和脉冲技术的推广，进一步提高了GTAW捍接的生产性能。
1钨极气体保护焊的发展史
非熔化极气体保护电弧焊最早是由C.L.Coffin于1920年取得美国专利。在第二次世界大战期间，航空工业的高速发展，需要一种焊接镁和铝的焊接方法。经过大量的实验研究，在美国于1940年发明了钨极气体保护焊。这种焊接方法是在钨极与工件之间建立电弧，用惰性气体作为保护气体，即可加填充丝也可不加填充丝，后将其命名为钨极惰性气体保护焊，英文名为Tungsten Inert Gas Welding，缩写为TIG。最近，美国焊接学会将其正式命名为Gas Tungsten Arc Welding，简称改为GTAW[3]。
在我国，钨极惰性气体保护焊，因大多数情况采用氩（Ar）气，俗称钨极氩弧焊，简称氩弧焊。经过几十年的发展，已有多种工艺方法，作为一种精密、优质的焊接方法，在各工业部门得到了广泛应用[4]。
2钨极气体保护焊
2.1钨极气体保护焊的概念
钨极气体保护焊简称TIG或GTAW，属于非熔化极气体保护焊，是利用钨电极与工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝。焊接中钨极不熔化，只起电极作用，电焊柜的喷嘴送进氦气或氩气，起保护电极和熔池的作用。
钨极惰性气体保护焊是在钨极与焊件之间建立电弧，熔化母材和填充金属形成熔池，从而连接被焊金属的一种焊接方法。惰性气体通过焊枪喷嘴送入焊接区，是焊接电弧，熔池金属及热影响区与空气隔绝，保护焊缝金属不被氧化。图1所示为这种焊接方法的过程原理图。
图1 钨极气体保护焊过程原理图
2.2钨极气体保护电弧焊的优缺点
2.2.1钨极气体保护电弧焊的优点
（1）焊接工艺性能好。
（2）能够实现高品质的焊接，得到优质焊缝。
（3）可焊接几乎所有的金属。在惰性气体保护下，不需使用焊剂就可焊接几乎所有的金属，特别适于焊接化学活性强和形成高熔点氧化物的铝、镁及其合金；能进行脉冲焊接，减少焊接热输入，适于对薄板或热敏感材料的焊接。
（4）采用钨或其合金作电极，钨电极不熔化，易于保持恒定的电弧长度，焊接过程稳定，即使在很小的焊接电流下也能稳定燃烧；不会产生飞溅，成形美观；可进行各种位置的焊接，易于实现机械化和自动化焊接。
（5）电弧一旦引燃后，电弧燃烧十分稳定。
2.2.2钨极气体保护电弧焊的缺点
（1）需要特殊的引弧装置。由于氩气和氦气的电离电压高，钨极的逸出功高，且一般不允许钨极和工件接触，故需要特殊的引弧装置。
（2）焊接生产率低，生产成本高。与焊条电弧焊相比，钨极承载电流能力的限制，电弧易扩展，GTAW焊电弧功率密度降低，限制了焊接熔深，使得其电解速度降低，生产率低。同时，由于生产效率低和惰性气体较贵，生产成本高。
（3）对工件的清理要求高。GTAW焊采用的保护气体Ar没有脱氢脱氧的能力，因此对焊前的除油、去锈及去水等清理工作要求严格。
2.3钨极气体保护电弧焊的应用
（1）适焊的焊接接头和位置。常规的对接、搭接和角接头等接头，在任何位置，只要结构上具有可达性均能焊接，薄板（≤2mm）的卷边接头，搭接的点焊接头均可焊接，而且无需填充金属。
（2）适焊的材料。钨极氩弧焊几乎焊接所有的金属和合金，但因成本高，生产中主要用于焊接不锈钢和耐热钢、铝、镁、钛、铜等有色金属及其合金。
（3）适焊的板厚和产品结构。GTAW焊容易控制焊缝成型，容易实现单面焊双面成形，
主要用于薄件焊接或者厚件的打底焊，GTAW焊一般只用于焊接厚度在6mm以下的工件。
综上所述，GTAW焊相较于手工电弧焊和气体保护金属极电弧焊，它更易于控制焊接处，提高焊接品质。然而，GTAW焊较为复杂、难以精通，而且焊接速度明显比其他焊接法缓慢[5]。
3钨极气体保护电弧焊设备与焊接材料
3.1GTAW焊设备
GTAW焊设备按焊接操作过程的自动化程度，可分成手工和自动两大类；按所使用的焊接电流种类，可分为直流、交流、脉冲电流；按焊接工艺办法，可分成普通和专用两大类。
图2所示为手工钨极气体保护焊设备构成，其主要是由焊接电源、焊枪、供气系统、水冷系统、焊接电缆线等组成。然而，自动GTAW焊设备除了焊接电源、焊枪、供气系统以外，增加了焊件变位机构、自动焊接机头、送丝机、系统控制器等。
图2 手工钨极气体保护焊设备构成
1-焊接电源；2-控制箱；3-氢气瓶；4-减压阀；
5-流量计；6-焊接电缆；7-控制线；8-氩气管；
9-进水管；10-出水管；11-焊枪；12-工件
3.2GTAW焊焊接材料和保护气体
GTAW焊接材料包括钨极和焊丝（焊棒）。钨的熔点为3410℃，是金属材料中熔点最高的，且在高温下具有极强的电子发射能力，因此，钨作为非熔化极气体保护焊最理想的电极材料。钨在GTAW焊中，具有传导焊接电流、引燃电弧、维持电弧稳定燃烧的作用。焊丝在GTAW焊中，当接头大于1.6mm时，开坡口的接头，或接缝装配间隙较大，则必须添加填充金属，以使焊缝成形满意。
GTAW焊时，惰性保护气体有多种，使用最广泛的是氩气，其次是氦气、氢等，其作用不仅对焊接区进行良好的保护，而且也是电弧的工作介质。
4 钨极气体保护电弧焊工艺与操作技术
GTAW焊接工艺首先取决于已选定的GTAW工艺方法，如自熔GTAW、填充冷丝GTAW、热丝GTAW、交流GTAW直流脉冲GTAW和高频GTAW等，其次与焊前准备、
