了解手工钨极氩弧焊工艺技术

手工钨极氩弧焊采用氩气为保护气体。在焊接时钨极与焊件之间产生的电弧热量集中，弧柱温度非常高，电弧非常稳定。

电源种类、极性及焊接电流

手工钨极氩弧焊可以使用交流或直流两种电源。

直流正接：直流正接即钨极接弧焊电源的负极，焊件接弧焊电源的正极。焊接时电子向焊件高速冲击，这样钨极的发热量小，不易过热，因而可以采用较大的焊接电流。由于焊件的发热量大，因而熔深大，焊缝宽度较窄，生产率高。同时由于钨极为负极，热电子发射能力强，电弧稳定而集中，因此大多数的金属焊接都采用直流正接。

直流反接：直流反接即钨极接正极，焊件接负极。焊接时由于钨极受电子高速冲击，钨极温度高，钨极损耗快，寿命短，所以很少采用。但是它具有一种去除熔池表面氧化膜的作用，通常称为“阴极破碎”现象。当焊接铝、镁及其合金时，熔池表面会生成一层致密难熔氧化膜，如不及时消除，焊接时会形成未熔合，并使焊缝表面形成皱皮或内部产生气孔、夹渣。当采用直流反接时，被电离的正离子会高速地冲击作为负极的熔池，使熔池表面的氧化膜被击碎，因而能够得到表面光亮美观、无氧化膜、成形良好的焊缝。

交流电源：交流手工钨极氩弧焊时，当焊件处于负半周时，同样会产生“阴极破碎”现象，可用来焊接铝、镁及其合金等易氧化金属，并且此时的钨极损耗要比直流反接小得多，所以一般选择交流手工钨极氩弧焊来焊接铝、镁及其合金等易氧化金属。

焊接电流：手工钨极氩弧焊需根据焊件的材料与厚度来确定，焊接电流过大易引起咬边、烧穿等缺陷，焊接电流太小易产生未焊透。

焊前清理

为了确保手工钨极氩弧焊的质量，对材料表面清理有很高的要求。在焊接前应严格清除填充焊丝及焊件坡口和坡口两侧表面至少20mm范围内的油污、水分、灰尘、氧化膜等。否则在焊接过程中将影响电弧的稳定性，产生气孔和未熔合等缺陷。常用的清理方法如下：

1. 去除油污、灰尘：可以用有机溶剂擦洗，常用的有机溶剂有汽油、丙酮、三氯乙烯、四氯化碳等。

2. 机械清理氧化膜：此方法只适用于焊件。通常是用不锈钢丝或铜丝轮刷，将坡口及其两侧的氧化膜清除。

3. 化学清除氧化膜：依靠化学反应的方法去除焊丝或焊件表面的氧化膜，清洗溶液因材料而异。如铝及其合金常用质量分数为10%的NaOH溶液或体积分数为30%的HNO3溶液进行化学处理，再用清水冲洗后吹干。

坡口形式

手工钨极氩弧焊根据结构需要可进行各种接头的焊接，对接接头常用的坡口形式如下图所示。

薄板对接接头可以用填丝、卷边焊接方法一次焊透。板厚大于3mm的可以开V形坡口，板厚大于12mm时，可以开X形坡口。

钨极的直径和形状

钨极的直径和形状对手工钨极氩弧焊过程的稳定性和焊缝成形影响很大。

钨极直径的选择：钨极直径可根据焊件厚度、焊接电流大小和电源极性进行选择。当焊接电流超过允许值时，钨极就会强烈地发热并使其熔化和挥发，引起电弧不稳定和焊缝产生夹钨等缺陷。下表列出了不同钨极的许用电流值。

钨极形状的影响：钨极端头的形状选择应根据焊件熔透程度和焊缝成形的要求来决定。一般在焊接薄板和焊接电流较小时可用小直径的钨极并将其末端磨成尖锥角，这样电弧容易引燃和稳定。但在焊接电流较大时仍用尖锥角会因电流密度太大而使末端过热、熔化烧损，电弧斑点也会扩展到钨极末端的锥面上，使弧柱明显地扩散飘荡不稳定而影焊缝成形。因此在大电流焊接时要求钨极末端磨成钝锥角或带有平顶的锥形，这样可以使电弧斑点稳定，弧柱扩散减小，对焊件的加热集中，焊缝成形良好，如下图所示。

末端呈尖锥形在相同的焊接电流下尖锥角的变化将影响焊缝的熔宽和熔深，角小将引起弧柱扩散，导致焊缝熔深变小而熔宽增加。随着角的增大，弧柱的扩散减小，导致熔深增大而熔宽减小，而且焊接电流越大上述变化越明显。

钨极末端呈平顶锥形，钨极直径与锥形直径之间的关系为：L=（2~4）D、d=（1/3）~1/4D。其中L表示锥形长度；d表示锥体最小直径；D表示钨极直径。

当采用交流电源时，因钨极受热较快，其端部在焊接过程中会变成球状，因此就可以采用这种球状钨极。球状钨极使用时不必先磨好，只要将折断的钨极稍加修磨后装入焊枪进行焊接，焊接时被电弧烧成球状即可。

氩气保护效果

手工钨极氩弧焊时氩气连续地由喷嘴中流出，将周围的空气排开，将电弧和焊接区域保护起来。由于氩气保护层是柔性的，极易受外界因素干扰，其保护效果常受下列因素影响：

氩气纯度：氩气的纯度对焊接质量影响很大，不纯的氩气易使焊缝氧化、氮化，使焊缝变脆变硬，破坏其气密性。不同的母材材质对氩气的纯度有不同的要求，化学性质活泼的金属和合金对氩气的纯度要求较高。下表是不同焊件材质手工钨极氩弧焊时对氩气纯度的要求。

氩气流量：当喷嘴直径一定，氩气流量增加时，氩气保护层抵抗流动空气影响的能力也增加。若氩气流量过大，不仅浪费氩气，而且使保护层产生紊流，反会使空气卷入，降低保护效果。另外当氩气的流量过大时，带走电弧区的热量也多，不利于电弧稳定燃烧，所以氩气流量要选择适当。

喷嘴直径：喷嘴直径与氩气流量同时增加，则扩大保护区，保护效果更好，但喷嘴直径过大时不仅增加氩气的消耗，而且对有些位置，可能因喷嘴过大而不易焊接或影响焊工视线，因此常用的喷嘴直径取8~20mm为宜。

焊接速度：氩气保护层是柔性的，当遇到侧向空气吹动或焊接速度过快，则氩气气流会弯曲，使保护效果减弱。另外由于焊接速度太快，会使正在凝固和冷却的焊缝金属和母材金属被氧化。因此用手工钨极氩弧焊焊接时应注意气流的干扰以及合适的焊接速度。

喷嘴至焊件的距离：喷嘴与焊件越远，则空气越容易沿焊件的表面侵入熔池，保护气层也受到流动空气的影响而发生摆动，使气体的保护效果降低。喷嘴与焊件的距离越近，保护效果好，但是太近将影响焊工的视线，因此通常喷嘴至焊件的距离取5~15mm。

焊接接头形式：不同的接头形式会使气体产生不同的保护效果，如上图所示，焊接对接接头和T形接头时，由于氩气被挡住并反射回来，所以保护效果较好；焊接搭接接头和角接接头时，空气容易侵入电弧区，保护效果差，可在焊接区域设置临时挡板，以改进保护条件，如下图所示。

对于一些重要的焊件，由于要求较高，在焊接时为了更有效地保护焊接接头，通常对焊件的背面也进行氩气保护。例如，在焊接管道时可在管子内通氩气；在焊接不锈钢、铝及铝合金等焊件时，可在背面采用氩气罩的方式进行保护。通常氩气的保护效果可以根据焊缝的表面色泽和是否有气孔等来判断。焊接不锈钢或钛合金时的焊缝表面色泽见下表。

综上所述，手工钨极氩弧焊应根据母材材质及结构等情况，合理地选择焊接参数。下表列出了用手工钨极氩弧焊焊接碳素钢和低合金钢的常用焊接参数。

另外在使用手工钨极氩弧焊时还需了解其如下的工艺特点：

1. 引弧比较困难，特别是冷态引弧或用交流电源焊接时的重复引弧困难。
2. 当使用的电流种类及电源极性不同时，钨极的许用电流、对焊件的加热、阴极破碎作用以及对焊缝成形的影响是不同的。
3. 使用交流电弧时由于电源极性的频繁变换，存在重复引弧和整流作用的问题，因此需选用适宜稳弧和消除直流分量的装置。

钨极脉冲氩弧焊

钨极脉冲氩弧焊是利用基值电流保持主电弧的电离通道，并周期性地加一同极性高峰值脉冲电流产生脉冲电弧，以熔化金属并控制熔滴过渡的氩弧焊称为脉冲氩弧焊。

普通氩弧焊的焊接电源输送出均匀的焊接电流向电弧供电，脉冲氩弧焊则是人为地使焊接电源输出按一定规律变化的焊接电流，向电弧区进行供电。脉冲氩弧焊是在普通氩弧焊的基础上发展起来的。整个焊接电流由基值电流和脉冲电流两部分组成。基值电流维持电弧的燃烧，脉冲电流产生脉冲电弧，以熔化金属、进行焊接。

钨极脉冲氩弧焊的焊接过程是：每次脉冲电流作用时，在电弧下产生一个熔池，基值电流作用时，熔池凝固而形成焊点。下一次脉冲作用时，在、已凝固焊点的部分面积和母材上产生一个熔池，基值电流作用时，又凝固形成下一个焊点，与前一个焊点搭接，如此周而复始地重复下去，就形成一条由许多焊点搭接而成的焊缝。脉冲电流的大小及其作用时间的长短，决定熔池体积大小和熔深，基值电流的作用是保证在两次脉冲焊接电流之间，电弧不至于熄灭，在每次脉冲电流作用时，不需要重新引燃电弧，使焊接过程稳定。为了控制熔池，基值电流应保持在尽量小的数值，使基值电流作用时间大于脉冲电流时间。

钨极脉冲氩弧焊的特点及应用范围：

1. 适用于热敏感性材料的焊接，如镍铬合金、钛合金等热敏感性材料，可以通过脉冲参数的控制，提供较合适的焊接参数，使焊缝及热影响区都能满足强度要求，并消除热裂纹、冷裂纹和气孔等缺陷。

2. 焊接电流的调节范围很宽，包括从短路过渡到喷射过渡的所有电流区域。普通钨极氩弧焊焊接厚度在0.8mm以下的焊件时很困难，而用钨极脉冲氩弧焊，可以焊接厚度仅为0.1mm的焊件。

3. 可用于全位置焊接和较容易地实现全位置焊接工作的自动化。

4. 目前I形坡口可以一次焊透5mm的小直径管道，背面成形良好。钨极脉冲氩弧焊可以加填充焊丝或不加填充焊丝。