David's Blog: 2021

電弧銲TIG氬銲接

TIG 銲接的原理

TIG（ Tungsten Inert Gas Arc Welding）銲接法之原理，（如圖 10-31）係利用非消耗鎢電極與母材間產生電弧，然後在溶池周圍罩以惰性保護氣體，依接合的需要使用或不使用銲條的銲接法，此種銲接法，依據美國銲接協會正式名稱為「氣體鎢極電弧銲接」；又由於使用的惰性保護氣體以氬氣居多，因此國人常稱為「氬銲」

圖 10-31氬銲原理

TIG 的銲接設備及使用方法

TIG 的銲接設備（如圖 10-33）包括 TIG 電源機、冷卻系統、惰性氣體、氣體流量調節器、銲槍及鎢極棒等六大部份如下：

1.電源機TIG 電源機，通常為定電流之交流電兩用型銲機，依電源輸出方式，可分為 SCR2 電子式控制及變頻式 Cinverter Controlled 控制二種（如圖 10-34~34-2），其中 TIG 變頻式銲機，最大特點為小型輕量化，其體積及重量僅除傳統控制 1/4，而且起弧性及安定性亦改善很多。現階段的 TIG 銲接電源幾乎具備以下功能：

(1) 銲接方法：交直流手工電弧銲接、直流 TIG 電弧點銲。

(2) 電弧控制脈波機：無脈波、低脈週波及中週脈波三種。

(3) 電源入力與控制:單向/三相共用，起弧電流、收尾電流、電流緩昇及電流緩降之控制機能完全具備。

圖 10-33

圖 10-34-1 SCR 電子式圖 10-34-2 變頻式

2.高週波發生器

TIG 電銲機必須裝置「高週波發生器」，主要功能是輔助起弧及維持電弧不致中斷熄滅。因為高頻率的週波具有跳躍的特性，故可輔助 TIG 銲接時，鎢棒尖端不須碰觸母材而起弧。在電機正面控制盤上高週波三用選擇紐，說明如下:

(1)連續(Continuous):用於交流電的全部銲接過程中，包刮起弧及高週波的連續不斷。(適用於銲鋁、鎂等金屬)

(2)開始(Starting):用於直流電輔助起弧，當起弧成功後立刻中斷。(適用於銲接碳鋼、不銹鋼等金屬)

(3)停止(off):用於普通電銲而不需高週波輔助起弧。

3.冷卻系統

使用大電流或連續銲接時，必須採用水冷式使銲鎗冷卻，同時也冷卻銲鎗的電力線，以免過熱燒毀。一般係將自來水管接入銲機，由銲機中的電磁閥控制水流及停留，施銲時冷水流經銲炬冷卻後自然放流。

4.惰性氣體

TIG 主要的屏蔽氣體有氬氣(Ar)及氦氣(He)或混合氣體 (如圖10-36)，兩者都以鋼瓶盛裝，配合流量錶調整所需要氣體的流量。當電流接通時，電磁閥開啟使氣體流出；電流切斷時電磁閥自動關閉氣流。其主要是保護銲弧、紅熱的鎢電極棒以及熔池，使其不與外界的空氣接觸而氧化；同時，屏蔽氣體於銲接電離化後有穩定銲弧的作用。

圖10-35氬氣、氦氣瓶

5.氣體流量調節器

氣體流量調節器(如圖 10-36)主要在調整足夠保護鎢極與熔池的惰性氣體，通常與鋼瓶氣體壓力錶相連一體(如圖 10-36)流量錶本身唯一玻璃管，管上劃有刻度，其中有一鋼珠，當流量錶打開時鋼珠及往上跳，只是輸出氣體流量的高低(單位ℓ/min 或 f𝑡3/hr，須注視刻度管內小圓球頂端邊緣的刻度為準)。調節流量利用左方的旋轉鈕操縱之。

圖 10-36

6.銲鎗

銲鎗主要在夾持鎢棒輸送電流與氣體至施銲處的裝置，
依冷卻方式可分為水冷及空冷兩種，(如圖 10-37)

圖 10-37 銲鎗零件及銲條

7.鎢電極棒
T(Tungsten)鎢電極棒，融融溫度是 3410 ﾟ C，沸點高達 5925 ﾟC，高溫銲弧中鎢電極不熔化，但在實際上銲接過程中仍有少量受電弧高熱蒸發而熔耗，鎢電極棒有純鎢電極棒及合金鎢電極兩類，常用的電極有四種:(1)純鎢棒(2)鎢鋯合金(3)鎢釷合金(4)鎢鈰合金。其他如鑭鎢合金及稀土與鎢合金，較不常用。(如表圖 10-38)

鎢棒種類	合金成份	尾端顏色	電流極性	銲接金屬	鎢棒適用形狀
純鎢棒	鎢(W)100%	綠色	AC	鋁/鎂	圓頭
釷鎢合金	釷(Th)1%	黃色	DC	碳鋼/不銹鋼	尖頭
釷鎢合金	釷(Th)2%	紅色	DC	碳鋼/不銹鋼	尖頭
鋯鎢合金	鋯(Zr)4%	棕色	AC	鋁/鎂	圓頭
鋯鎢合金	鋯(Zr)8%	白色	AC	鋁/鎂	圓頭
鈰鎢合金	鈰(Ce)2%	灰色	AC&DC	鋁/鎂/碳鋼/不銹鋼	圓頭/尖頭
鈰鎢合金	鈰(Ce)1%	粉紅色	AC&DC	鋁/鎂/碳鋼/不銹鋼	圓頭/尖頭
鑭鎢合金	鈰(La)1%	黑色	AC&DC	鋁/鎂/碳鋼/不銹鋼	圓頭/尖頭
鑭鎢合金	鈰(La)0.8%	白色	AC&DC	鋁/鎂/碳鋼/不銹鋼	圓頭/尖頭
鑭鎢合金	鈰(La)2%	藍色	AC&DC	鋁/鎂/碳鋼/不銹鋼	圓頭/尖頭
鑭鎢合金	鈰(La)1.5%	金色	AC&DC	鋁/鎂/碳鋼/不銹鋼	圓頭/尖頭

表 10-38

圖 10-38

四、使用鎢棒須知
1.選用鎢電極時，須視電流極性、母材的種類及板厚而定；(如表 10-39)所示為鎢電極製造場所建議選用之條件。
2.鎢棒須配合銲接電流(AC 或 DC)的不同，尖端的加工形狀 (如圖 10-40)。磨削鎢棒應順縱常方向研磨，不可沿圓周方向研磨，易造成同心研磨痕跡，易汙染銲道。(如圖 10- 41)
3.應配合鎢棒直徑大小，選用適當的夾頭及噴嘴，約為鎢棒直徑的三倍內，否則影響操作。
4.交流銲接使鎢棒末端變成半球體，半球體的直徑不可超過鎢棒的直徑的 1~11/2倍，否則有斷落的危險，半球體應保持平滑光亮，如果不亮則表示使用電流過大；如果是藍色到淺紅色甚至變黑，則表示氣體後流時間不夠，原則上每 10 安培的電流，後流時間要 1 秒鐘，如此才能保護鎢棒再降低到氧化溫度以前不被氧化。
5.鎢棒受到熔池或銲條的汙染，若情況不嚴重的話，可在另一塊廢鐵板起弧，令銲弧維持一段時間使沾染之金屬蒸發，如果此法不通，則須截斷汙染部位，重新磨尖。

不銹鋼板銲接條件
板厚 (mm)	鎢極棒直徑 (mm)	銲條直徑 (mm)	銲接電流 (A)	氬氣流量 (l/min)	銲接速度 (mm/min)
0.6	1.0~1.6	0~1.6	20~40	4	450~500
1.0	1.0~1.6	0~1.6	30~60	4	400~450
1.6	1.6~2.3	0~1.6	60~90	4	350~400
2.3	1.6~2.6	1.6~2.6	80~120	4	300~350
3.2	2.3~3.2	2.3~3.2	110~150	5	300~350
4.0	2.3~3.2	2.6~4.0	130~180	5	250
鋁板銲接條件
板厚 (mm)	鎢極棒直徑 (mm)	銲條直徑 (mm)	銲接電流 (A)	氬氣流量 (l/min)	銲接速度 (mm/min)
1.0	1.0~1.6	0~1.6	50~60	6	300~400
1.6	1.0~2.3	0~1.6	60~90	6	250~300
2.3	1.6~2.3	1.6~2.3	80~110	6~7	250~300
3.2	2.3~2.6	2.3~3.2	100~140	7	250~300
4.0	3.2~4.0	2.6~4.0	140~180	7~8	230~280