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摘 要：本文介绍了TIG焊的工作原理和工艺特点及TIG焊的使用范围和使用局限性，并对TIG焊中主要工艺参数对焊缝质量的影响和焊接过程中易产生的焊接缺陷进行了阐述。通过实验方法重点研究焊接送丝速度对焊缝质量的影响，实验中采用TIG焊接方法，选取两种不同材质的焊丝，在其他条件相同情况下，以焊接送丝速度作为变量，研究焊接送丝速度焊缝质量的影响。
关键词：自动焊；TIG；送丝速度；焊接缺陷
19世纪30年代，航空业的快速发展提出对有色金属的焊接要求，为适应有色金属的焊接，钨极氩弧焊得以发展。在TIG自动焊焊接时，熔化的金属积聚在焊丝端头，形成熔滴并周期性地脱离、过渡到熔池内，因此，送丝速度对焊接过程的稳定，以及焊缝质量好坏有重要影响。
本文通过实验，考察了焊丝的送入与熔化，分析了不同焊接送丝速度对焊缝质量的影响。有助于更好地理解TIG焊接中焊丝熔化过程以及确定送丝速度，对焊接设备和过程参数控制具有重要意义。
1.TIG焊原理概述
1.1基本原理
TIG焊是英文Tungsten Inert-Gas welding的简称，中文名为钨极惰性气体保护焊。
钨极惰性气体保护焊是以钨或钨的合金作为电极材料，在惰性气体的保护下，利用电极与焊件之间产生的焊接电弧熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。
由于在焊接时电极不熔化，因此亦称为非熔化极惰性气体保护焊，焊接时，保护气体连续的从焊枪的喷嘴中喷出，把电弧周围一定范围内的空气排出焊接区，并使焊接区形成气体保护层隔绝空气。以防止其对钨极和熔池极临近的热影响区的有害影响，从而获得高质量的焊缝。
1.2工艺特点
（1）惰性保护气体在高温下不分解，不与焊缝金属发生化学反应，不溶解于液态金属，焊接过程基本上是金属熔化和结晶的简单过程，保护效果好，焊后不用去渣，焊缝质量高。
（2）焊接工艺性能好，能观察电弧及熔池。即使在小的焊接电流下电弧仍然燃烧稳定。由于填充焊丝是通过电弧间接加热，焊接过程无飞溅，焊缝成形美观。
（3）适合各种位置的焊接，是实现单面焊双面成形的理想焊接方法。并能进行脉冲焊接，容易调节和控制焊接的热输入，适合于薄板或对热敏感材料的焊接。
（4）电弧具有阴极清理作用。电弧中的阳离子受阴极电场加速，以很高的速度冲击阴极表面，使阴极表面的氧化膜破碎并清除掉，在惰性气体的保护下，形成清洁的金属表面。
1.3局限性
（1）熔深较浅，焊接速度较慢，焊接生产率较低；
（2）钨极载流能力有限；
3）对工件表面状态要求较高。焊件在焊前要进行表面清洗，除油、去锈等准备工作；
（4）焊接时气体的保护效果受周围气流的影响较大，需采取防风措施。
1.4应用范围
（1）适焊的材料
几乎可焊接所有的金属和合金
（2）适焊的焊接接头和位置
全位置焊接方法，对接、搭接、T形和角接等接头
（3）适焊的板厚与产品结构
适用于薄板焊接，焊接的厚度可达0.1mm。若从生产率考虑以3mm以下的薄板焊接最适宜；5mm 以下可开坡口单道焊；对较大厚度的工件可多层焊或多层多道焊。
1.5 TIG焊主要焊接缺陷
（1）焊缝气孔
气孔是焊接是熔池中的气泡在凝固时未能逸出而殘留在焊缝金属中所形成的空穴，是TIG焊中常见的也是主要的一种焊接缺陷。气孔是体积性缺陷，对焊缝的性能影响很大，其危害性主要是会降低焊缝的承载能力。
（2）夹渣
焊接时采用接触引弧，钨极末端形状与焊接参数选择不合理使端头烧损，填充焊丝与钨极发生了接触，钨极伸出长度过长等都会造成夹渣。
（3）咬边
焊接电流过大。焊接电压过高。焊接速度过快，填丝太少。操作技术不熟练，焊枪摆动不均匀等都会产生咬边。
2.实验设备选择
2.1焊接电源
采用垂直陡降外特性的电源，磁放大器式硅弧焊整流器，它可以消除由弧长变化引起的电流波动。
2.2焊接小车
自动焊接小车具有设计紧凑，装卸快捷方便等特点。机头上配有脉冲发生器，控制器利用脉冲信号来控制焊枪的真实位置并与相匹配区间参数同步；自带送丝机，保证送丝速度。
3.焊接实验
3.1实验方法
选择两种焊接材料，分别为 WEL TIG 308、WEL TIG 308HT，表3.1、3.2分别为其熔敷金属化学成分。
表3.1 熔敷金属化学成份（%）
表3.2 熔敷金属化学成份（%）
焊丝直径均为2.4mm，选用厚度为6mm的薄钢板，焊件均开带钝边V形坡口。装配与定位参数见表3.3，焊接工艺参数见表3.4。焊前清除焊丝表面和试件坡口。采用对接焊，用焊件焊接时相同牌号的焊丝进行定位焊，并定位于试件两端的反面，焊点长度为10～15mm。假定电流强度恒定，改变送丝速度，考察变量对焊缝质量的影响。
表3.3 装配与定位参数
表3.4 焊接工艺参数
3.2 实验分析
不考虑焊接电流和焊丝直径等影响，对不同送丝速度下焊缝质量进行观察。观察焊丝速度不同时，对焊缝质量的影响。见图3.1和3.2，结合相关研究结果，送丝速度和焊丝熔化速度保持动态的平衡，取决于电弧热效应和电阻热效应。当送丝速度较小时，焊丝变短而弧长增加；反之，当送丝速度较大，超过熔化速度时，焊丝将与熔池表面直接接触形成短路而熄灭电弧。由于电弧热和电阻热效应的影响，送丝速度存在于一个连续的合理范围，在这个范围内焊缝质量受影响较小。且有关研究表明，送丝速度与焊接电流成正比，而与焊丝直径成反比，呈非线性变化。
4.结论
当送丝速度过快时，会使送丝速度大于熔化速度，未熔化的焊丝容易穿过焊接弧柱区，成段烧断，破坏焊缝成形，影响焊接质量，同时也干扰焊接电弧电压，造成弧长调节紊乱，影响焊接过程正常进行；当送丝速度过慢时，造成填充金属量不足，易形成咬边；当送丝速度不稳定时，易使焊缝高低不平、宽度不均，波形粗劣。
参考文献：
[1]英若采.熔焊原理及金属材料焊接[M].机械工业出版社，2000.5.
[2]陈宝国.焊接技术[M].化学工业出版社.2007.1.
[3]张文明，焦万才，刘兆甲.焊条电弧焊[M].辽宁科学技术出版社.2007.4.
[4]焦万才，张文明，刘兆甲.氩弧焊[M]. 辽宁科学技术出版社.2007.4.
[5]侯德政，熔焊原理[M]， 机械工业出版社2009.02.
[6]陈祝年，焊接工程师手册（第2版）[Z]. 机械工业出版社 2010.02.
关键词：自动焊；TIG；送丝速度；焊接缺陷
19世纪30年代，航空业的快速发展提出对有色金属的焊接要求，为适应有色金属的焊接，钨极氩弧焊得以发展。在TIG自动焊焊接时，熔化的金属积聚在焊丝端头，形成熔滴并周期性地脱离、过渡到熔池内，因此，送丝速度对焊接过程的稳定，以及焊缝质量好坏有重要影响。
本文通过实验，考察了焊丝的送入与熔化，分析了不同焊接送丝速度对焊缝质量的影响。有助于更好地理解TIG焊接中焊丝熔化过程以及确定送丝速度，对焊接设备和过程参数控制具有重要意义。
1.TIG焊原理概述
1.1基本原理
TIG焊是英文Tungsten Inert-Gas welding的简称，中文名为钨极惰性气体保护焊。
钨极惰性气体保护焊是以钨或钨的合金作为电极材料，在惰性气体的保护下，利用电极与焊件之间产生的焊接电弧熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。
由于在焊接时电极不熔化，因此亦称为非熔化极惰性气体保护焊，焊接时，保护气体连续的从焊枪的喷嘴中喷出，把电弧周围一定范围内的空气排出焊接区，并使焊接区形成气体保护层隔绝空气。以防止其对钨极和熔池极临近的热影响区的有害影响，从而获得高质量的焊缝。
1.2工艺特点
（1）惰性保护气体在高温下不分解，不与焊缝金属发生化学反应，不溶解于液态金属，焊接过程基本上是金属熔化和结晶的简单过程，保护效果好，焊后不用去渣，焊缝质量高。
（2）焊接工艺性能好，能观察电弧及熔池。即使在小的焊接电流下电弧仍然燃烧稳定。由于填充焊丝是通过电弧间接加热，焊接过程无飞溅，焊缝成形美观。
（3）适合各种位置的焊接，是实现单面焊双面成形的理想焊接方法。并能进行脉冲焊接，容易调节和控制焊接的热输入，适合于薄板或对热敏感材料的焊接。
（4）电弧具有阴极清理作用。电弧中的阳离子受阴极电场加速，以很高的速度冲击阴极表面，使阴极表面的氧化膜破碎并清除掉，在惰性气体的保护下，形成清洁的金属表面。
1.3局限性
（1）熔深较浅，焊接速度较慢，焊接生产率较低；
（2）钨极载流能力有限；
3）对工件表面状态要求较高。焊件在焊前要进行表面清洗，除油、去锈等准备工作；
（4）焊接时气体的保护效果受周围气流的影响较大，需采取防风措施。
1.4应用范围
（1）适焊的材料
几乎可焊接所有的金属和合金
（2）适焊的焊接接头和位置
全位置焊接方法，对接、搭接、T形和角接等接头
（3）适焊的板厚与产品结构
适用于薄板焊接，焊接的厚度可达0.1mm。若从生产率考虑以3mm以下的薄板焊接最适宜；5mm 以下可开坡口单道焊；对较大厚度的工件可多层焊或多层多道焊。
1.5 TIG焊主要焊接缺陷
（1）焊缝气孔
气孔是焊接是熔池中的气泡在凝固时未能逸出而殘留在焊缝金属中所形成的空穴，是TIG焊中常见的也是主要的一种焊接缺陷。气孔是体积性缺陷，对焊缝的性能影响很大，其危害性主要是会降低焊缝的承载能力。
（2）夹渣
焊接时采用接触引弧，钨极末端形状与焊接参数选择不合理使端头烧损，填充焊丝与钨极发生了接触，钨极伸出长度过长等都会造成夹渣。
（3）咬边
焊接电流过大。焊接电压过高。焊接速度过快，填丝太少。操作技术不熟练，焊枪摆动不均匀等都会产生咬边。
2.实验设备选择
2.1焊接电源
采用垂直陡降外特性的电源，磁放大器式硅弧焊整流器，它可以消除由弧长变化引起的电流波动。
2.2焊接小车
自动焊接小车具有设计紧凑，装卸快捷方便等特点。机头上配有脉冲发生器，控制器利用脉冲信号来控制焊枪的真实位置并与相匹配区间参数同步；自带送丝机，保证送丝速度。
3.焊接实验
3.1实验方法
选择两种焊接材料，分别为 WEL TIG 308、WEL TIG 308HT，表3.1、3.2分别为其熔敷金属化学成分。
表3.1 熔敷金属化学成份（%）
表3.2 熔敷金属化学成份（%）
焊丝直径均为2.4mm，选用厚度为6mm的薄钢板，焊件均开带钝边V形坡口。装配与定位参数见表3.3，焊接工艺参数见表3.4。焊前清除焊丝表面和试件坡口。采用对接焊，用焊件焊接时相同牌号的焊丝进行定位焊，并定位于试件两端的反面，焊点长度为10～15mm。假定电流强度恒定，改变送丝速度，考察变量对焊缝质量的影响。
表3.3 装配与定位参数
表3.4 焊接工艺参数
3.2 实验分析
不考虑焊接电流和焊丝直径等影响，对不同送丝速度下焊缝质量进行观察。观察焊丝速度不同时，对焊缝质量的影响。见图3.1和3.2，结合相关研究结果，送丝速度和焊丝熔化速度保持动态的平衡，取决于电弧热效应和电阻热效应。当送丝速度较小时，焊丝变短而弧长增加；反之，当送丝速度较大，超过熔化速度时，焊丝将与熔池表面直接接触形成短路而熄灭电弧。由于电弧热和电阻热效应的影响，送丝速度存在于一个连续的合理范围，在这个范围内焊缝质量受影响较小。且有关研究表明，送丝速度与焊接电流成正比，而与焊丝直径成反比，呈非线性变化。
4.结论
当送丝速度过快时，会使送丝速度大于熔化速度，未熔化的焊丝容易穿过焊接弧柱区，成段烧断，破坏焊缝成形，影响焊接质量，同时也干扰焊接电弧电压，造成弧长调节紊乱，影响焊接过程正常进行；当送丝速度过慢时，造成填充金属量不足，易形成咬边；当送丝速度不稳定时，易使焊缝高低不平、宽度不均，波形粗劣。
参考文献：
[1]英若采.熔焊原理及金属材料焊接[M].机械工业出版社，2000.5.
[2]陈宝国.焊接技术[M].化学工业出版社.2007.1.
[3]张文明，焦万才，刘兆甲.焊条电弧焊[M].辽宁科学技术出版社.2007.4.
[4]焦万才，张文明，刘兆甲.氩弧焊[M]. 辽宁科学技术出版社.2007.4.
[5]侯德政，熔焊原理[M]， 机械工业出版社2009.02.
[6]陈祝年，焊接工程师手册（第2版）[Z]. 机械工业出版社 2010.02.