钨极氩弧焊——基础及工艺实践

第1章钨极氩弧焊概述1

1.1钨极氩弧焊电弧1

1.1.1氩弧焊电弧的形成与构成1

1.1.2气体的电离2

1.1.3气体的保护作用2

1.1.4电弧的刚度4

1.2钨极氩弧焊的特点5

1.3钨极氩弧焊的工艺6

1.3.1引弧6

1.3.2阴极雾化作用7

1.3.3交流电弧中的局部整流作用8

1.4钨极氩弧焊的电源种类与极性10

1.5钨极自动氩弧焊的熔滴过渡11

第2章氩弧焊设备13

2.1钨极氩弧焊机的组成及特点13

2.1.1钨极氩弧焊机的组成13

2.1.2钨极氩弧焊机的特点13

2.2氩弧焊机电源15

2.2.1交流钨极氩弧焊机15

2.2.2直流钨极氩弧焊机18

2.2.3逆变式直流氩弧焊机23

2.2.4脉冲钨极氩弧焊机25

2.3钨极手工氩弧焊枪29

2.3.1焊枪的作用与要求29

2.3.2焊枪的分类和结构29

2.4供气系统30

2.4.1氩气瓶30

2.4.2减压器31

2.4.3气体流量计31

2.4.4电磁气阀31

2.5水冷系统及送丝机构31

2.5.1水冷系统31

2.5.2送丝机构32

2.6特殊保护装置32

2.6.1平板对接的正面保护32

2.6.2平板对接的背面保护33

2.6.3小直径管子对接的保护34

第3章钨极和保护气体35

3.1钨极35

3.1.1钨极的型号及特点35

3.1.2钨极的许用电流和电弧电压36

3.1.3钨极的形状及制备38

3.1.4钨极的选用39

3.2保护气体41

3.2.1氩气41

3.2.2氦气42

3.2.3混合气体43

第4章氩弧焊填充材料45

4.1氩弧焊用焊丝的一般知识45

4.2钢焊丝的分类及选用原则46

4.2.1钢焊丝的分类46

4.2.2选用原则47

4.3焊丝的牌号及化学成分、力学性能47

4.3.1实芯焊丝47

4.3.2药芯焊丝49

4.4钢焊丝的型号51

4.4.1实芯焊丝51

4.4.2药芯焊丝51

4.5有色金属焊丝56

4.6熔化衬垫61

4.7焊丝使用注意事项62

第5章焊接坡口、焊前清理及气体保护63

5.1焊接坡口63

5.2焊前清理65

5.3气体保护69

第6章基本操作方法72

6.1引弧72

6.2焊炬的握法及操作73

6.2.1左焊法与右焊法73

6.2.2焊炬的运动形式74

6.2.3摇把焊（跳弧法）75

6.3控制（熔池）温度76

6.4送丝77

6.4.1焊丝的握法77

6.4.2焊丝的填充位置78

6.4.3焊丝的续进手法80

6.5双边同时焊接法82

6.6接头83

6.7收弧83

第7章手工氩弧焊操作技能84

7.1平敷焊84

7.1.1在不锈钢板上平敷焊84

7.1.2在铝板上平敷焊86

7.2平对接焊88

7.3平角焊89

7.4焊缝接头93

7.5各种位置焊接操作要领93

7.5.1平焊（1G）操作要领94

7.5.2横焊（2G和2R）操作要领95

7.5.3立焊（3G）操作要领96

7.5.4仰焊（4G）操作要领96

7.5.5管子水平固定焊和45°固定焊（5G和6G）操作要领97

7.6钨极氩弧焊打底焊技术99

7.6.1操作方法99

7.6.2打底焊工艺100

7.6.3打底层焊接的注意事项102

7.7常见焊接缺陷及预防104

第8章常用金属材料的钨极氩弧焊接108

8.1碳钢108

8.1.1低碳钢板对接焊的操作特点108

8.1.2焊接操作工艺109

8.1.3焊接110

8.2低合金钢112

8.2.1低合金高强度钢的焊接112

8.2.2低合金耐蚀钢的焊接114

8.2.3铝镇静低温钢和镍低温钢115

8.3珠光体耐热钢120

8.3.1对耐热钢的要求120

8.3.2铬钼珠光体耐热钢的化学成分121

8.3.3铬钼珠光体耐热钢的焊接特点123

8.3.4铬钼中温钢的焊材选择 123

8.3.5铬钼中温钢的焊接工艺要点123

8.4马氏体耐热钢125

8.4.1马氏体耐热钢的焊接要点126

8.4.2马氏体耐热钢的热处理126

第9章不锈钢的焊接128

9.1不锈钢的分类及特性128

9.1.1马氏体不锈钢129

9.1.2铁素体和半铁素体或半马氏体不锈钢129

9.1.3奥氏体和奥氏体铁素体不锈钢130

9.2奥氏体不锈钢的焊接性132

9.2.1晶间腐蚀132

9.2.2刀状腐蚀133

9.2.3应力腐蚀134

9.2.4热裂纹135

9.2.5热脆化136

9.2.6合金元素烧损136

9.3奥氏体不锈钢的焊材选用137

9.4奥氏体不锈钢的焊接工艺138

9.5奥氏体不锈钢的焊后热处理142

第10章铝及铝合金的焊接143

10.1铝及铝合金材料的分类及牌号143

10.1.1铝及铝合金材料的分类143

10.1.2铝及铝合金材料的牌号（代号）表示方法145

10.2铝及铝合金的性能148

10.2.1铝及铝合金性能及应用特点148

10.2.2铝及铝合金的焊接性150

10.3焊前准备154

10.3.1接头形式和焊接坡口154

10.3.2焊接清理156

10.3.3焊前装配157

10.4焊接材料158

10.5手工钨极氩弧焊工艺163

10.5.1预热163

10.5.2焊接工艺参数164

10.6手工钨极氩弧焊基本操作技能170

10.6.1引弧170

10.6.2运弧及送丝171

10.6.3停弧172

10.6.4熄弧172

10.6.5定位焊173

10.7各种位置的焊接173

10.7.1板件的焊接173

10.7.2管子的焊接176

第11章有色金属材料的钨极氩弧焊177

11.1镍及镍合金177

11.1.1镍及镍合金的焊接特点177

11.1.2镍及镍合金的焊材选用178

11.1.3镍及镍合金的焊接工艺178

11.2镁及镁合金180

11.3铜及铜合金181

11.3.1铜及铜合金的焊接特点182

11.3.2紫铜的焊接183

11.3.3黄铜的焊接185

11.3.4青铜的焊接187

11.4钛及钛合金189

11.5锆及锆合金191

第12章钨极氩弧焊应用实例193

12.1管道安装手工钨极氩弧焊的打底焊193

12.215CrMo钢管的全位置氩弧焊197

12.3苯乙烯蒸汽炉管的手工钨极氩弧焊198

12.3.1HK40与P22钢的焊接性分析198

12.3.2焊接方法及材料的选择199

12.3.3焊接工艺评定200

12.3.4焊工考试201

12.3.5炉管的现场焊接201

12.4磷脱氧铜的手工钨极氩弧焊201

12.4.1焊接工艺及性能202

12.4.2焊接缺陷产生原因及防止方法203

12.5碳钢法兰与紫铜管的氩弧焊 205

12.5.1可焊性分析205

12.5.2焊接工艺206

12.5.3焊接接头质量检验207

12.6不锈钢薄板的钨极氩弧焊应用208

12.6.1不锈钢薄板的焊接工艺性分析208

12.6.2不锈钢薄板钨极氩弧焊的技术要领209

12.7纯镍蒸发器的手工钨极氩弧焊212

12.7.1蒸发器的材料及结构212

12.7.2施工现场环境213

12.7.3焊前准备214

12.7.4焊接工艺215

12.7.5焊后检验216

12.8Q235钢与TA2钛复合板的氩弧焊217

12.8.1钢/钛复合板的焊接性能分析217

12.8.2钢/钛复合板的焊接接头结构设计218

12.8.3焊接材料选择218

12.8.4焊前准备219

12.8.5焊接219

12.8.6焊后检验220

12.9000Cr26Mo1高纯铁素体不锈钢的钨极氩弧焊221

12.9.1材料的性能及分析221

12.9.2焊接试验222

12.9.3焊接工艺223

12.9.4焊缝质量检验要求224

12.10在42CrMo钢轴上氩弧堆焊铝青铜225

12.10.1焊接性分析225

12.10.2堆焊工艺226

第13章焊接成本及消耗量计算228

13.1焊接成本因素及构成228

13.1.1焊接工艺228

13.1.2接头形式228

13.1.3焊接程序228

13.1.4焊接成本的构成229

13.2焊接材料用量230

13.2.1焊接材料230

13.2.2焊接填充材料计算231

13.2.3氩弧焊用钨极237

13.3焊接用电量和时间238

13.3.1焊接用电量的计算公式238

13.3.2焊接时间238

第14章焊接质量检验240

14.1无损检测241

14.1.1射线检测241

14.1.2超声检测243

14.1.3磁粉检测244

14.1.4渗透检测245

14.1.5涡流检测246

14.1.6声发射检测246

14.2力学性能试验247

14.2.1焊接接头的拉伸性能试验（GB2651）247

14.2.2焊缝及熔敷金属拉伸试验（GB2552）248

14.3焊接接头的弯曲试验（GB2653）248

14.3.1弯曲试验的种类248

14.3.2弯曲试验的试样尺寸249

14.3.3试验方法的种类251

14.3.4合格指标252

14.4焊接接头冲击试验（GB2650）253

14.4.1冲击试验的试样253

14.4.2冲击试样的截取253

14.4.3试样的制备254

14.5焊接接头硬度试验(GB2654)255

14.6焊接接头耐晶间腐蚀试验255

14.6.1不锈钢10%（体积分数）草酸浸蚀试验方法（GB4334.1）256

14.6.2硫酸硫酸铜腐蚀试验方法256

14.6.3硫酸硫酸铁腐蚀试验方法257

14.6.465%硝酸腐蚀试验方法257

14.6.5硝酸、氢氟酸腐蚀试验方法258

14.7致密性试验258

14.7.1水压试验258

14.7.2气压试验259

第15章氩弧焊工安全技术260

15.1防止触电260

15.2防止紫外线和弧光辐射261

15.3防止燃烧和爆炸261

15.4操作安全防护262

15.5设备防护262

参考文献264

本书着重介绍钨极氩弧焊的基本知识和操作方法。对钨极氩弧焊、氩弧焊设备、氩弧焊的气体保护、填充材料、焊接坡口、焊接操作技术、各种位置焊接技能、常用金属材料的氩弧焊接、有色金属的钨极氩弧焊、钨极氩弧焊应用实例、焊接成本及消耗量计算以及焊接质量检验等，做了详尽的介绍。

本书以氩弧焊的实用操作技术为主，兼顾在初级工基础上的技

术提高和练习，理论上通俗易懂，以解读述说方式说明原理，适合初、中级以上焊工自学，也适合具有一定基础的焊接工人深入了解氩弧焊技术的理论知识和操作技能。

《钨极氩弧焊:基础及工艺实践》着重介绍钨极氩弧焊的基本知识和操作方法。对钨极氩弧焊、氩弧焊设备、氩弧焊的气体保护、填充材料、焊接坡口、焊接操作技术、各种位置焊接技能、常用金属材料的氩弧焊接、有色金属的钨极氩弧焊、钨极氩弧焊应用实例、焊接成本及消耗量计算以及焊接质量检验等，做了详尽的介绍。

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第1章 钨极氩弧焊概述

1.1 钨极氩弧焊电弧

1.1.1 氩弧焊电弧的形成与构成

1.1.2 气体的电离

1.1.3 气体的保护作用

1.1.4 电弧的刚度

1.2 钨极氩弧焊的特点

1.3 钨极氩弧焊的工艺

1.3.1 引弧

1.3.2 阴极雾化作用

1.3.3 交流电弧中的局部整流作用

1.4 钨极氩弧焊的电源种类与极性

1.5 钨极自动氩弧焊的熔滴过渡

第2章 氩弧焊设备

2.1 钨极氩弧焊机的组成及特点

2.1.1 钨极氩弧焊机的组成

2.1.2 钨极氩弧焊机的特点

2.2 氩弧焊机电源

2.2.1 交流钨极氩弧焊机

2.2.2 直流钨极氩弧焊机

2.2.3 逆变式直流氩弧焊机

2.2.4 脉冲钨极氩弧焊机

2.3 钨极手工氩弧焊枪

2.3.1 焊枪的作用与要求

2.3.2 焊枪的分类和结构

2.4 供气系统

2.4.1 氩气瓶

2.4.2 减压器

2.4.3 气体流量计

2.4.4 电磁气阀

2.5 水冷系统及送丝机构

2.5.1 水冷系统

2.5.2 送丝机构

2.6 特殊保护装置

2.6.1 平板对接的正面保护

2.6.2 平板对接的背面保护

2.6.3 小直径管子对接的保护

第3章 钨极和保护气体

3.1 钨极

3.1.1 钨极的型号及特点

3.1.2 钨极的许用电流和电弧电压

3.1.3 钨极的形状及制备

3.1.4 钨极的选用

3.2 保护气体

3.2.1 氩气

3.2.2 氦气

3.2.3 混合气体

第4章 氩弧焊填充材料

4.1 氩弧焊用焊丝的一般知识

4.2 钢焊丝的分类及选用原则

4.2.1 钢焊丝的分类

4.2.2 选用原则

4.3 焊丝的牌号及化学成分、力学性能

4.3.1 实芯焊丝

4.3.2 药芯焊丝

4.4 钢焊丝的型号

4.4.1 实芯焊丝

4.4.2 药芯焊丝

4.5 有色金属焊丝

4.6 熔化衬垫

4.7 焊丝使用注意事项

第5章 焊接坡口、焊前清理及气体保护

第6章 基本操作方法72作技能

第8章 常用金属材料的钨极氩弧焊接

第9章 不锈钢的焊接

第10章 铝及铝合金的焊接

第11章 有色金属材料的钨极氩弧焊

第12章 钨极氩弧焊应用实例

第13章 焊接成本及消耗量计算

第14章 焊接质量检验

第15章 氩弧焊工安全技术

参考文献

因为在钨极氩弧焊中，其热量是在极棒和工作物之间产生，而将工作物边缘熔化且当焊道熔池凝固时必须清洁，接合在一起。

为了能以钨极氩弧焊得到良好的品质的焊道，基本上必须将要焊接的所有 表面和临近的区域清洁干净，如果使用熔填金属也必须清洁。

另一基本要求是要焊接的组成件的组合，必须牢固的保持在正确 的相关的 位置上，当组合方式是高要求，且工作物薄，形状复杂。不使用熔填金属焊接或使用自动焊接时，需使用的装置具。

钨极氩弧焊起弧

通常使用“起弧”的方法是引起电子发射和气体离子化开始的方式；可经由能化的电极棒接触工作物且快速抽回到其所需的电弧长度，或使用导弧，或使用在电极棒和工作物之间产生高频火花的辅助装置引弧，而得到此放射和离子的能量；电极棒从工作物上做机械式的抽回方式只能用于直流电焊机的机械化的焊接，然而，导弧起动方式，可用于手操作和机械化焊接，但是也只限于直流电焊机，高频火花起弧方式可应用于交流或直流电焊机的手操作焊接，许多电焊机都有产生高频火花的装置作起弧和稳定电弧。

钨极氩弧焊电极棒位置

在手操作钨极氩弧焊中的电极棒和熔填金属位置表示于图1中，一旦引弧既保持焊枪使电极棒位于离工作物表面约75º角度处，且指向焊接的方向，开始焊接时，电弧通常以打圆圈的方式移动直到足够的目材金属熔化以生产适宜大小的熔池（见图1a）。当达到适当的熔合时，将焊枪沿着焊接物接头的相邻边缘逐渐的移动。如此渐渐的熔接工作物，当熔填金属是以手操作添加时经常是保持在距工作物表面约15º的角度，且缓慢的进入熔池中（见图1c），必须小心的送入熔填金属以避免扰乱气体保护或接触电极棒，且因熔填条端部氧化或电极棒的污染。熔填金属条可持续的加入或反复的“侵入”与“抽出”。

熔填金属能以保持熔填条与焊道成线状排列的方式持续加入（时常使用以V形接头的多焊道接中）或者以熔填条和焊枪左右摆动的方式将熔填条送入熔池（时常使用以表面加层的一种方式）。

停止焊接时，将熔填金属从熔池中抽回，但暂时的保持在气体保护下。以防止熔填金属氧化，然后在熄弧之前移动焊枪至熔池的前方边缘，将焊枪提升到刚好足以熄弧但又不足以引起熔坑和电极棒污染的高度而断弧，最佳的操作是以脚踏控制方式逐渐的减少电流而不需提升焊枪。

钨极氩弧焊电弧长度

在许多的全自动钨极氩弧焊接应用中,使用的电弧长度约等于3/2倍的电极棒直径,但可依特定的应用而变化，也可依焊工所喜用的选择而定，然而，电弧长度越长，扩散到周围大气中的热量越高，而且，长的电弧通常会妨碍（至某一程度）焊接的稳定进行，有一例外是在管路中之“插承接头”，以官轴在垂直位置的焊接中，长的电弧可比短的电弧产生较平滑外形的填角焊接。

钨极氩弧焊操作方式

在手工的和全自动的钨极氩弧焊之间有一个区别，即是：手工焊接是以“焊工”做之，全自动焊接是以“操作者”做之；例如脚踏控制焊接电流和转换开关的手工焊接的改良方式都是趋向自动焊接的初步发展；使用持握和带动焊枪以定速或按照计划的速度移动，且能自动调整电弧电压（电弧长度），自动开关和停止之设备，既构成全自动焊接。

钨极氩弧焊焊工技术

操作人员的选择和训练主要是取决于使用的设备之“自动程度”，因为钨极氩弧焊是最经常使用于接合金属片的配件，且因为在其应用中，焊工能很容易的处理相当轻小的组成件，故而焊工经常需花费其部分的时间作清洁，组合装置固定和虚焊等操作处理，而且除了需要高度的手工技巧，耐心的训练以得到良好品质的焊道以外，有时焊工具有机械的技术，将要焊的组合件作适当的组合和装置固定。

特定焊接技术的需要会随着由一种焊接方式改为另一种焊接方式而变化，例如一位精以手工操作气保焊接的焊工，需外加训练才能有资格做钨极氩弧焊，另外，在某些应用中需特别的技术，例如消耗性背垫环的安置和焊接和修补焊接等。

钨极氩弧焊检验

钨极氩弧焊的检验包括所有的非破坏性方式，从金属片形焊物的表面检验至较厚焊接物的放射线(X光)和超声波方式检验,以检查表面以下（内部）较可能发生的缺陷 。