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《焊接电弧物理》工程硕士试题 2009年4月： 一共5道题，每道题20分，共100分。 1叙述钨极氩弧焊接的原理、优缺点以及适用的材料； 1. 钨极氩弧焊的原理 钨极氩弧焊是以钨材料或钨的合金材料做电极，在惰性气体保护下进行的焊接，又称为TIG(Tungsten Inert Gas)焊或GTA 焊接（Gas Tungsten Arc Welding）。钨的熔点约为 3400℃，是熔点最高的一种金属，与其它金属相比，具有难熔化、可长时间处于高温的性质。TIG 焊正是利用了这一性质，在圆棒状的钨极和母材间产生电弧进行焊接。 氩气是惰性气体的一种。惰性气体也称作非活性气体，具有不与其他物质产生化学反应的性质，泛指氦、氩、氖等气体。TIG 焊中利用这一性质，以惰性气完全覆盖电弧和熔化金属，使电弧不受周围空气的影响及保护熔化金属不与空气中的氧、氮等发生反应。 TIG 焊的历史比较久远，1911 年人们考虑了在氦气中使用钨电极的方法。当时使用氦气和氩气进行焊接，造价是很高的。1930 年工业中开始大量使用镁这种金属，这时TIG 焊才开始表现出它的真正价值，原因是镁熔化后极易被氧化，焊接时必须完全隔离空气的影响，从此TIG 焊就随着铝、镁等金属焊接的需要而发展起来。到目前为止，几乎所有的金属焊接都在不同程度地使用着TIG 焊方法。 TIG 焊原理如图3.1 所示。钨电极被夹持在电极夹上，从TIG 焊焊枪喷嘴中伸出一定长度，在钨电极端部与被焊件母材间产生电弧对母材（焊缝）进行焊接，在钨电极的周围通过喷嘴送进保护气，保护钨电极、电弧及熔池，使其免受大气的侵害。在需要填充金属到熔池中时，如图中所示，是从电弧的前面把填充金属（填充焊丝）以手动或自动方式按一定的速度向熔池中送进。 图 3.1 钨极氩弧焊弧焊原理图 3.2 TIG 焊电弧形态一例 2. 钨极氩弧焊的特点 TIG 焊的优点是能够实现高品质焊接，得到优良焊缝。这是由于保护气对电弧及熔池的可靠保护完全排除了氧、氮、氢等气体对焊接金属的侵害，钨电极与母材间产生的电弧在惰性气氛中极为稳定，焊缝很美观、很平滑。焊接电流在10～500A 范围内，电弧都很稳定，电弧电压仅有8~15V。对热输入量的调节很容易，可以进行薄板及各种姿态下的焊接，以及精密焊接等。由于电弧稳定、熔池可见性好，焊接操作也容易进行。图3.2 示出钨极氩弧焊电弧形态一例。 TIG 焊的缺点是焊接效率低于其他方法，氩气等惰性气体的价格稍稍高一些。由于钨电极承载电流能力有限，电弧功率受到制约，致使焊缝熔深浅，焊接速度低。然而就目前的焊接状况看，许多产品对焊接品质的要求高于对焊接效率的要求，比如精密焊接和非铁金属的焊接等。 3.1.2 钨极氩弧焊应用对象 钨极氩弧焊可以焊接各种工业结构金属，应用在各种工业行业中。以目前最为普遍的应用对象衡量，TIG 焊是所有焊接方法中应用面最广的，比如各种钢材料的焊接、各种有色金属的焊接、各种合金的焊接以及金属基复合材料的焊接，其中对有色金属及其合金（铝、镁等）、不锈钢、高温合金、钛及钛合金、难熔的活性金属（钼、铌、锆）等的焊接最具优势。既可以焊接厚件，也可以焊接薄件。既可以对平焊位置焊缝进行焊接，也适合于对各种空间焊缝进行焊接，比如仰焊、横焊、立焊、角焊缝、全位置焊缝、空间曲面焊缝等。 钨极氩弧焊有自动焊和手工焊两种焊接方式，使用于各种长度、各种位置、角度焊缝的焊接， 应用范围得以扩展。从焊接能力考虑，钨极氩弧焊多数使用在厚度6mm 以下焊件的焊接上，对于厚度更大的工件，在开坡口的情况下采用TIG 焊封底（打底）同样可以提高焊缝背面成形质量，因此也有广泛的应用。 2.叙述脉冲TIG焊接的常用焊接参数的作用及脉冲TIG焊的优点； 3.请说明熔化极气体保护焊的原理，以及在不同电弧电压和电流下，采用CO2气体保护焊接钢以及Ar保护下焊接铝合金和钢时所经常使用的熔滴过渡过程。 4.请简要叙述电弧焊接中常用的焊接保护气以及所适用的被焊材料类型。 1.3 电弧焊中的保护气 电弧焊中的保护气有几方面作用：一是向电弧空间提供气体介质，二是起到保护作用，包括保护电弧、保护电极、保护被焊件（焊接区整体），避免上述部分受到大气的侵蚀。涉及保护气的电弧焊方法有TIG焊（GTAW）、MIG焊、CO2电弧焊、（活性）混合气体保护电弧焊（以上3 种统称GMAW）、等离子弧焊（PAW）、手工焊条电弧焊。在埋弧焊中也涉及电弧气氛问题，但电弧和熔化金属（高温区）的保护主要靠焊剂熔渣壳。 气体保护电弧焊在高温金属（熔滴、熔池、高温区）的表面总有保护气覆盖着，除焊接保护效果之外，焊接电弧中气体的分解、高温金属与保护气之间的化学反应及对气体的吸收总是以某种方式进行着而不可避免。 1.3.1 保护气种类与纯度 气体保护电弧焊的保护气是从焊枪喷嘴中