TIG焊（Tungsten Inert Gas Welding），又稱為非熔化極惰性氣體保護電弧焊。無論是在人工焊接還是自動焊接0.5～4.0mm厚的不鏽鋼時，TIG焊都是最常用到的焊接方式。用TIG焊加填絲的方式常用於壓力容器的打底焊接，原因是TIG焊接的氣密性較好能降低壓力容器焊焊接時焊縫的氣孔。TIG焊的熱源為直流電弧，工作電壓為10～95伏，但電流可達600安。焊機的正確連結方式是工件連結電源的正極，焊炬中的鎢極作為負極。惰性氣體一般為氬氣。
基本介紹
- 中文名：TIG焊
- 外文名：Tungsten Inert Gas Welding
- 別名：非熔化極惰性氣體鎢極保護焊
- 材料：鎢極
焊接流程,原理和優勢,分類,焊接電源,相關問題,優缺點,優點,缺點,套用,常見焊材,放射性危害,
焊接流程
惰性氣體通過焊炬送入，在電弧四周和焊接熔池上形成禁止。為增加熱輸入，一般向氬內添加5%的氫。但是，在焊接鐵素體不鏽鋼時，不能在氬氣內加氫。氣體耗量每分鐘約3～8升。在焊接過程中除從焊炬吹入惰性氣體外，最好還從焊縫下吹入保護焊縫背面用的氣體。
TIG焊示意圖
TIG焊示意圖如果需要，可以向焊縫熔池內填充與被焊奧氏體材料成分相同的焊絲，在焊接鐵素體不鏽鋼時，通常使用316型填料。
原理和優勢
氣體保護焊是利用外加氣體作為保護介質的一種電弧焊方法，其優點是電弧和熔池可見性好，操作方便；沒有熔渣或很少熔渣，無需焊後清渣。但在室外作業時需採取專門的防風措施。
根據焊接過程中電極是否熔化，氣體保護焊可分為不熔化極（鎢極）氣體保護焊和熔化極氣體保護焊。前者包括鎢極惰性氣體保護焊、等離子弧焊和原子氫焊。原子氫焊目前在生產中已很少套用。鎢極惰性氣體保護焊英文簡稱TIG（Tungsten Inert Gas Welding）焊。它是在惰性氣體的保護下，利用鎢電極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲（如果使用填充焊絲）的一種焊接方法。焊接時保護氣體從焊槍的噴嘴中連續噴出，在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響，從而可獲得優質的焊縫。保護氣體可採用氬氣、氦氣或氬氦混合氣體。在特殊套用場合，可添加小量的氫。用氬氣作為保護氣體的稱鎢極氬弧焊，用氦氣的稱鎢極氦弧焊，由於氦氣價格昂貴，在工業上鎢極氬弧焊的套用要比氦弧焊廣泛得多。本章以鎢極氬弧焊為典型，介紹鎢極惰性氣體保護焊,某些地方也對氦氣和鎢極氦弧焊特有的性能做了說明。
TIG焊場景圖
TIG焊場景圖分類
鎢極氬弧焊按操作方式分為手工焊、半自動焊和自動焊三類。手工鎢極氬弧焊時，焊槍的運動和添加填充焊絲完全靠手工操作；半自動鎢極氬弧焊時，焊槍運動靠手工操作，但填充焊絲則由送絲機構自動送進；自動鎢極氬弧焊時，如工件固定電弧運動，則焊槍安裝在焊接小車上，小車的行走和填充焊絲可以用冷絲或熱絲的方式添加。熱絲是指提高熔敷速度。某些場合，例如薄板焊接或打底焊道，有時不必添加填充焊絲。
上述三種焊接方法中，手工鎢極氬弧焊套用最廣泛，半自動鎢極氬氬弧焊則很少套用。
焊接電源
TIG焊時，由於使用的電流密度較小以及氬氣的導熱率小，電弧基本不受壓縮，電弧的靜特性是水平的，根據電弧靜特性對電源外特性的要求，不論採用交流電源還是直流電源，都應該採用下降外特性的電源。由於TIG焊時，弧長的微小變化都會引起焊接電源發生很大的波動，所以，TIG焊時最理想的是採用垂直陡降外特性的電源（比如磁放大器式矽弧焊整流器），它可以消除由弧長變化引起的電流波動。
TIG焊焊接鋁、鎂及其合金時一般都採用交流電源。
相關問題
1、會產生直流分量
交流電焊接鋁、鎂等金屬時，鎢極和鋁、鎂等工件的電子發射能力是不同的，鎢極作為陰極時發射電子的能力比較強。正半周時鎢極作為陰極，電弧空間電子數目增多，導電容易，就相當於電弧的等效電阻減小，所以在相同電源下，電弧電流就增大；相反，負半周時，電弧電流比較小。由於兩半周的電流不對稱，所以交流電弧的電流可以看成由兩部分構成，一是直流電，一是疊加在交流部分上的直流電，這部分直流電流稱為直流分量，它的方向和正半周內的電流方向相同，由母材流向鎢極。這種交流電弧中產生直流分量的現象稱為鎢極交流氬弧焊的“整流作用”。一般，兩種電極材料物理性能差別越大，直流分量就越大。直流分量的出現，會使陰極破碎作用減弱，影響焊接變壓器的正常工作，所以有必要消除直流分量。
在焊接迴路中串入反極性電池和隔離電容可以消除直流分量，電池產生的電流方向和直流分量方向相反，而電容只允許交流通過而直流不能通過。穩弧方面，採用高頻振盪器穩弧或用高壓脈衝引弧和穩弧。
2、必須採取穩弧措施
由於交流焊機中存在電流不斷換向的問題，每當電流改變方向時，都有一極短時間內沒有電流流過，導致電弧不穩，甚至熄弧，所以交流電弧沒有直流電弧穩定。
優缺點
優點
1）氬氣能有效地隔絕周圍空氣 它本身又不溶於金屬，不和金屬反應；鎢極氬弧焊過程中電弧還有自動清除工件表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接易氧化，氮化、化學活潑性強的有色金屬、不鏽鋼和各種合金。
2）鎢極電弧穩定 即使在很小的焊接電流（<10A）下仍可穩定燃燒，特別適用於薄板，超薄板材料焊接。
3）熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱輸入容易調節，可進行各種位置的焊接，也是實現單面焊雙面成形的理想方法。
缺點
1）熔深淺，熔敷速度小，生產率較低。
2）鎢極承載電流的能力較差，過大的電流會引起鎢極熔化和蒸發，其微粒有可能進入熔池，渣成污染（夾鎢）。
3）隋性氣體（氬氣、氦氣）較貴，和其它電弧焊方法（如手工電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊等）比較，生產成本較高。 鎢極氬弧焊可用於幾乎所有金屬和合金的焊接，但由於其成本較高，通常多用於焊接鋁、鎂、鈦、銅等有色金屬，以及不鏽鋼、耐熱鋼等。對於低熔點和易蒸發的金屬（如鉛、錫、鋅），焊接較困難。 鎢極氬弧焊所焊接的板材厚度範圍，從生產率考慮3mm以下為宜。對於某些黑色和有色金屬的厚壁重要構件（如壓力容器及管道），在根部熔透焊道接，全位置焊接和窄間隙接時，為了保證高的焊接質量，有時也採用鎢極氬弧焊。
套用
由於氬氣的保護，隔離可空氣對熔化金屬的有害作用，所以，TIG焊廣泛用於焊接容易氧化的有色金屬鋁、鎂等及其合金、不鏽鋼、高溫合金、鈦及鈦合金，還有難熔的活性金屬（如鉬、鈮、鋯等），而一般碳鋼、低合金鋼等普通材料，除了對焊接質量要求很高的場合，一般不採用TIG焊。
常見焊材
▲GMT-SKD11 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 56~58 焊補冷作鋼、五金衝壓模、切模、刀具、成型模、工件硬面製作具高硬度、耐磨性及高韌性之氬焊條，焊補前先加溫預熱，否則易產生龜裂現象。
▲GMT-63度刀口刃口焊絲> 0.5 ~ 3.2mm HRC 63~55，主要套用於焊拉刀模，熱作高硬度具模，熱鍛總模，熱沖模，螺絲模，耐磨耗硬面，高速鋼，刀口修復。
▲GMT-SKD61 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 40~43 焊補鋅、鋁壓鑄模、具良好之耐熱性與耐龜裂性、熱氣沖模、鋁銅熱鍛模、鋁銅壓鑄模、具良好耐熱、耐磨、耐龜裂性。一般熱壓鑄模常有龜甲裂紋狀，大部 份是由熱應力所引起,亦有因表面氧化或壓鑄原料之腐蝕所引起，熱處理調至適當硬度改善其壽命，硬度太低或太高均不適用。
▲GMT-70N > 0.1 ~ 4.0mm焊絲特性與用途:高硬度鋼之接合，鋅鋁壓鑄模龜裂、焊合重建、生鐵/鑄鐵焊補。可直接堆焊各種鑄鐵/生鐵材料，也可做為模具龜裂之焊合，使用鑄鐵焊接時，儘量將電流放低，用短距離的電弧焊接，鋼材進行部份之預熱，焊接後之加熱以及慢慢冷卻。
▲GMT-60E> 0.5 ~ 4.0mm特性與用途:專用焊高拉力鋼之接合，硬面製作之打底，龜裂之焊合。 高強度焊絲，含鎳鉻合金成份高，專業用於防破裂底層焊接、填充打底用，拉力強，並可修補鋼材焊後龜裂現象。抗拉強度: 760 N/mm² 廷伸率: 26%
▲GMT-8407-H13 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 43~46 制鋅、鋁、錫等有色合金及銅合金之壓鑄模，可用作熱鍛或衝壓模。具高韌性、耐磨性及防熱熔蝕性佳，抗高溫軟化，防高溫疲勞性良好，可焊補熱作沖頭、 絞刀、軋刀、切槽刀、剪刀...等做熱處理時，需防止脫碳，熱工具鋼焊後所產生之硬度太高亦發生破裂。
▲GMT-防爆裂打底焊絲 > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高硬度鋼之接合，硬面製作之打底，龜裂之焊合。高強度焊支，含鎳鉻合金成份高，用於防破裂底層焊接、填充打底，拉力強，並可修補鋼材之龜裂焊合重建。
▲GMT-718 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 28~30 大型家電、玩具、通信、電子、運動器材等塑膠產品模具鋼。塑膠射出模、耐熱模、抗腐蝕模，切削性、蝕花性良好，研磨後表面光澤性優良，使用壽命長。預熱溫度250~300℃後熱溫度400~500℃，作多層焊補時，採用後退法焊補，較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-738 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 32~35 半透明及需有表面光澤之塑膠產品模具鋼，大型模具，產品形狀複雜及精度高之塑膠模用鋼。塑膠射出模、耐熱模、抗腐蝕模、蝕花性良好，具備優良加工性 能，易切削拋光和電蝕，韌性及耐磨性佳。預熱溫度250~300℃後熱溫度400~500℃，作多層焊補時，採用後退法焊補，較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-P20Ni > 0.5 ~ 3.2mm HRC 30~34 塑膠射出模、耐熱模（鑄銅模）。以焊接裂開敏感性低的合金成份設計，含鎳約1%，適合PA、POM、 PS、PE、PP、ABS塑膠,具良好之拋光性，焊後無氣孔、 裂紋，打磨後有良好之光潔度，經真空脫氣，鍛造後，預硬至HRC 33度，斷面硬度分布均一，模具壽命達300,000以上。預熱溫度250~300℃後熱溫度400~500℃，作多層焊補時，採用後退法焊補，較不易產 生融合不良及等缺陷。
▲GMT-NAK80 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 38~42 塑膠射出模、鏡面鋼。高硬度，鏡面效果特佳，放電加工性良好，焊接性能極好，研磨後，光滑如鏡，為世界最進步，最優秀塑模鋼，加入易削元素，切削加 工容易，具高強韌性及耐磨不變形特性，適合各種透明塑膠產品之模具鋼。預熱溫度300~400℃後熱溫度450~550℃，作多層焊補時，採用後退法焊補，較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-S136 > 0.5 ~ 1.6mm HB~400 塑膠射出模，抗腐蝕、滲透性良好。高純度、高鏡面度，拋光性良好，抗銹防酸能力極佳，熱處理變型少，適合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑膠，耐腐蝕及容易加 工之模件及夾具，超鏡面耐蝕精密模具，如橡膠模具、照相機部件、透鏡、表殼等。
▲GMT- 皇牌鋼> 0.5 ~ 2.4mm HB~200 鐵模、鞋模、軟鋼焊接、易雕刻蝕花, S45C 、S55C 鋼材等修補。質地細密、軟、易加工、不會有氣孔產生，預熱溫度200~250℃ 後熱溫度350~450℃。
▲GMT-BeCu (鈹銅) > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高導熱的銅合金模具材料，主加元素為鈹，其適用於塑膠注塑成型模具的內鑲件、模芯、壓鑄沖頭、熱流道冷卻系統、導熱嘴、吹塑模具的整體型腔、磨耗板等。 鎢銅材料則套用在電阻焊、電火花、電子封裝以及精密機械設備等。
▲GMT-CU(氬焊銅) > 0.5 ~ 2.4mm HB~200 此焊支用途廣泛，可焊補電解片、銅合金、鋼、青銅、生鐵、一般銅件之焊補。機械性能良好，可用於銅合金之焊接修補，也可用於焊接鋼和生鐵、鐵的接合。
▲GMT-油鋼焊絲 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 52~57 沖裁模、量規、拉模、穿孔沖頭、可廣泛使用在五金冷衝壓，手飾壓花模等，通用特殊工具鋼、耐磨、油冷。
▲GMT-Cr鋼焊絲 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 55~57 沖裁模、冷作成型模、冷拉模、沖頭、高硬度、高軔性、線切割性良好。焊補前先加溫預熱，焊補後請做後熱動作。
▲GMT-MA-1G > 1.6~2.4mm，超鏡面焊絲，主要套用于軍工產品或要求極高的產品。硬度HRC 48~50 馬氏體時效鋼系,鋁壓鑄模,低壓鑄造模,鍛造模,沖裁模,注塑模的堆焊。特殊硬化高韌度合金,非常適用於鋁重力壓鑄模、澆 口、延長使用壽命的2~3倍,可製作非常精密之模具、超鏡面（澆口補焊,使用不易熱疲勞裂痕）。
▲GMT-高速鋼焊絲(SKH9) > 1.2~1.6mm HRC 61~63 高速鋼,耐用性為普通高速鋼的1.5~3倍，適用於製造加工高溫合金、不鏽鋼、鈦合金、高強度鋼等難加工材料的刀具、焊補拉刀、熱作高硬度工具、模具、 熱鍛總模、熱沖模、螺絲模、耐磨耗硬面、高速度鋼、沖具、刀具、電子零件、螺紋滾模、牙板、鑽滾輪、滾字模、壓縮機葉片及各種模具機械零件等 ...。經過歐洲工業水準嚴格品質管制,高含碳量,成份優 良材料內部組織均勻,硬度穩定,而且耐磨性、韌性、耐高溫等 ...。特性皆比一般同等級之材料為佳。
▲GMT-氮化零件焊補焊絲> 0.8 ~ 2.4mm HB~300 適用於氮化後模具，零件表面修補。
放射性危害
氬弧焊和等離子弧焊割使用的釷鎢電極含有1—1.2%的氧化釷，釷是一种放射性物質，在焊接過程中和與釷鎢棒的接觸過程中，受放射線影響。
放射線以兩種形式作用於人體：一是體外照射，二是通過呼吸和消化系統進入體內發生體內照射。從對掩氬弧焊和等離子弧焊的大量調查和測定證明，它們的放射性危害性是較小的，因為每天消耗釷鎢極棒僅100—200毫克，放射劑量極微，對人體影響不大。
有兩種情況必須注意：一是在容器內焊接時，通風不暢，煙塵中放射性粒子有可能超過衛生標準；二是在磨削釷鎢棒時及存在釷鎢棒的地點，放射性氣溶膠和放射性粉塵的濃度，可達到甚至超過衛生標準。
放射性物質侵入體內可引起慢性放射性病，主要表現在一般機能狀態減弱，可以看到明顯的衰弱無力，對傳染病的抵抗力明顯降低，體重減輕等症狀。
