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清华大学

脉冲TIG焊
实验报告

姓名：黎进德
班级：机械93
学号：2009080032

I-实验目的
1.熟悉TIG-P焊原理及应用，掌握TIG-P焊工艺试验方法。
2.初步掌握TIG-P焊焊接工艺参数对焊缝成形质量的影响。
II-概述
1）实验简述
TIG—P焊(脉冲TIG焊)是一种先进的焊接方法。当前，随着功率逆变电源技术逐渐走向成熟，TIG—P焊技术发展到了新阶段。例如：变极性TIG—P焊技术已经在制造业中得到应用．它既能精确地控制铝及铝合金等材料的焊接热输入，又能有效减少钨极烧损并同时保证阴极清理效果，使铝及铝合金等材料的焊缝成形质量达到更高水平。
本实验是采用常规TIG—P焊和变极性TIG—P焊两种焊接电源，对不锈钢、铝及铝合金材料的焊接进行初步研究与认知的工艺性实验，它为本科高年级学生学习先进制造技术提供了新的教学内容。实验分单选内容和双选内容两部分供学生选修。通过实验，学生可以认知到TIG—P焊和变极性TIG—P焊焊接工艺参数对焊缝成形质量的影响规律。
2) TIG焊原理及特点
TIG(Tungsten Inert Gas Welding)焊是钨极氩弧焊的简称，是非熔化极气体保护电弧焊的一种。它的原理是：在钨极和工件间，通过施加高频高压或脉冲高压引燃电弧，然后以焊接电流维持电弧的燃烧并作为TIG焊的热源。TIG焊的焊缝成形过程是在惰性气体(Ar)层流保护氛围下的熔化焊过程，其原理如图23—1所示。
TIG焊设备由焊接电源、引弧装置、供气系统、水冷系统及程序自动控制系统构成，系统示意见图23—2。
TIG焊的特点是：
(1)惰性气体保护的熔化焊。
(2)非熔化极的电弧焊。
(3)无须短路接触的引弧方式。
(4)可采用或不采用填充金属材料完成焊接。

3)TIG—P焊原理及特点
TIG—P(Pulse)焊是脉冲钨极氩弧焊的简称。当前，TIG—P焊综合了TIG焊技术、现代控制技术和功率逆变电源技术，它是高效、优质、节能的先进焊接技术，其应用和推广解决了热敏感性材料的难焊问题，并使得焊接结构件的全位置焊、单面焊双面成形、超薄材料焊接等方面的加工技术趋向完善。TIG焊和TIG—P焊的主要区别是TIG—P焊采用了变频调制的直流或交流脉冲电弧加热工件，其脉冲电弧的焊接电流幅值(或交流电流的有效值)按一定频率周期变化，如图2 3—3所示。当输出为脉冲电流时工件上形成熔池，输出为基值电流时熔池凝固，焊缝由许多焊点相互重叠而成。电弧是脉动的，有明亮和暗淡交替的闪烁现象。

TIG-P焊的特点是：
(1) 焊接过程是脉冲式加热，熔池金属高温停留时间短，金属冷凝快。
(2) 对焊接热输入的控制更精确，热效率高，更有利于超薄板的焊接。
(3) 可以精确地控制熔池尺寸，得到均匀的熔深。
近年来．TIG—P焊的电源技术已发展到能够交互输出变极性的脉冲电弧，变极性TIG-P技术的应用促使铝及铝合金等材料焊缝成形质量达到更高水平。图23-4为变极性TIG-P焊的脉冲电流输出波形。

4)TIG-P焊的主要焊接工艺参数
TIG焊的主要焊接工艺参数有：焊接电源种类和极性、焊接电流、气体流量和喷嘴直径、喷嘴与工件距离、焊接速度等。
TIG-P焊在普通TIG焊基础上增加了一些可调规范参数，主要有：直流脉冲电流与维弧电流幅值，交流脉冲电流与维弧电流幅值；脉冲电流与维弧电流的周期，脉宽比，脉幅比等。材料材质决定脉冲电流大小，材料厚度决定脉冲电流持续时间，维弧电流大小由保持电弧稳定燃烧所需的最小值所决定。通过对以上工艺参数的调节能够方便，精确地调整热输入量的大小，有利于热敏感材料和薄板的焊接。
5)TIG-P焊接应用实例
(1)铝镁合金客车结构焊接
材料采用铝镁合金(5A05)。客车长8.2m，宽2.6m，高3.38m，车体结构有：底盘、侧面骨架、前后面骨架、顶面骨架及各面蒙皮等。焊缝接头型式有对接、搭接、T型和各种组合连接，空间位置含平、横、立、仰各种作业条件。焊接方法是TIC AC-P焊。每台车焊缝总长500余米，焊缝数6000余条，底盘焊接工艺参数：脉冲电流270～280A、基值电流120～140A、脉冲频率2 Hz、脉宽比50 %、氩气流量8L／min。
车体蒙皮厚度1.2mm、骨架铝型材厚度3mm、两者采用TIG AC-P点焊。工艺参数是：脉冲电流165～175A、基值电流65～75A、焊点间距100mm焊点直径3～5mm。
(2)大型硬铝合金管式架结构焊接
材料采用2A12C2硬铝合金，管材规格有∅25mm×1.5mm、∅20mm×2.0mm．焊接接头为管对管、管对板两种形式，采用TIG AC-P焊。工艺参数：脉冲电流50～60A，基值电流25～30A、脉冲频率2 Hz、脉宽比50 %，氩气流量6L／min。应用时，TIG焊与TIG-P接头对比实验的焊缝显微分析结论：TIG AC焊接头熔宽大，组织晶粒粗大。TIG AC-P焊接头熔宽大，晶粒较细。显然后者的力学性能优于前者。
6)奥氏体不锈钢的焊接工艺特点
注意的问题： (1)控制焊接参数，焊接所用的焊接电流比焊接碳钢要小于20%左右
(2)奥氏体不锈钢导热系数低，线膨胀系数大，接头的变形及应力更加严重，表面成形是否光整，是否有易产生应力集中之处，均会影响到接头的工作性能，尤其对耐点蚀和耐应力腐蚀开裂有重要影响
(3)保护焊件的工作表面应处于正常状态，焊前和焊后的清理工作会影响耐蚀性
7)铝及其合金的焊接工艺特点
铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难容特性，加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成未熔合现象。由于氧化膜密度同铝的密度极其接近，所以也易成为焊接金属的夹杂物。同时氧化膜可吸收较多水分而常常成为形成焊缝气孔的重要原因之一。此外铝及其合金的线胀系数大，导热性又强焊接时容易产生翘曲变形。
8)焊接接头弯曲试验简述
焊接接头弯曲试验是焊接接头力学性能试验方法之一，也叫冷弯试验。力学性能试验时检验焊缝质量，评定金属焊接性的常用方法。弯曲试验有正弯，背弯和侧弯。
正弯指焊缝正面受拉伸且弯曲线与焊缝垂直，其用途是考核焊缝塑性及熔合质量
背弯是指焊缝背面受拉伸且弯曲线与焊缝垂直，其用途是考核焊缝根部质量
侧弯是指焊缝侧面受拉伸且弯曲线与焊缝平行，其用途是考核焊缝与母材的熔合强度。
III-实验内容
(1)1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板TIG焊
TIG-P焊的氩气保护效果观察与评定实验
TIG焊与TIG-P焊的焊接应力和变形对比实验
(2)5A02铝镁合金TIG焊
TIG-P焊的“阴极清理”效果观察与评定实验
TIG焊与TIG-P焊的焊接工艺对比实验
(3)2A12硬铝合金TIG-P焊的焊缝热裂纹倾向试验