第四节钨极氩弧焊焊接工艺

第四节　钨极氩弧焊焊接工艺

一、钨极氩弧焊工艺

（1）焊前清理。钨极氩弧焊时，必须对被焊材料的坡口、坡口附近20mm范围内及焊丝进行清理，去除金属表面的氧化膜和油污等杂质，以确保焊缝的质量。焊前清理的常用方法有：机械清理、化学清理和化学—机械清理方法。

1）机械清理法。这种方法比较简便，而且效果较好，适用于大尺寸、焊接周期长的焊件。通常使用直径细小的不锈钢丝刷等工具进行打磨，或用刮刀铲去表面氧化膜，使焊接部位露出金属光泽。然后再用消除油污的有机溶剂，对焊件接缝附近进行清洁处理。

2）化学清理法。对于填充焊丝及小尺寸焊件，多采用化学清理法。这种方法与机械清理法相比，具有清理效率高、质量稳定、保持时间长等特点。化学清理法所用的化学溶液和工序过程应按被焊材料和焊接要求而定。

3）化学—机械清理法。清理时先用化学清理法，焊前再对焊接部位进行机械清理。这种联合清理的方法，适用于质量要求高的焊件。

（2）焊接工艺参数的选择。钨极氩弧焊的焊接工艺参数主要有：电流种类和极性、钨极直径、焊接电流、电弧电压、氩气流量、焊接速度和喷嘴直径等。正确地选择焊接工艺参数是获得优质焊接接头的重要保证。

1）电流种类和极性。钨极氩弧焊可以使用直流电，也可以使用交流电。电流种类和极性可根据被焊材料及操作方法而选择。

①直流反接。钨极氩弧焊采用直流反接时（即钨极为正极、焊件为负极），由于电弧阳极区温度高于阴极温度，使接正极的钨棒容易过热而烧损，许用电流小，同时焊件上产生的热量不多，因而焊缝熔深浅而宽，焊接生产率低，所以很少采用。

但是，直流反接有去除氧化膜的作用，对焊接铝、镁及其合金有利。因为铝、镁及其合金焊接时，极易氧化，形成熔点很高的氧化膜（如Al₂O₃的熔点为2 050℃）覆盖在熔池表面，阻碍基本金属和填充金属的良好熔合，无法使焊缝很好成形。因此，必须将被焊金属表面的氧化膜去除才能进行焊接。

采用直流反接时，电弧空间的氩气电离后形成大量的正离子，由钨极的阳极区飞向焊件的阴极区，撞击金属熔池表面，将致密难熔的氧化膜击碎，以达到清理氧化膜的目的，这种作用称为“阴极破碎”作用，也称“阴极雾化”，如图4－5所示。

尽管直流反接能将被焊金属表面的氧化膜去除，但钨极的许用电流小，易烧损，电弧燃烧不稳定。所以，铝、镁及其合金一般不采用此法而应尽可能使用交流电来焊接。

图4－5　阴极破碎作用示意图

②直流正接。钨极氩弧焊采用直流正接时（即钨极为负极、焊件为正极），由于电弧在焊件阳极区产生的热量大于钨极阴极区，致使焊件的熔深增加，焊接生产率高。而且钨极不易过热与烧损，使钨极的许用电流增大，电子发射能力增强，电弧燃烧稳定性比直流反接时好。但焊件表面受到比正离子质量小得多的电子撞击，不能去除氧化膜，因此没有“阴极破碎”作用，因此，除了铝、镁及其合金外，其他金属的焊接都采用直流正接。

③交流钨极氩弧焊。由于交流电极性是不断变化的，这样在交流正极性的半周波中（钨极为阴极），钨极可以得到冷却，以减小烧损。而在交流负极性的半周波中（焊件为阴极）有“阴极破碎”作用，可以清除熔池表面的氧化膜。因此，交流钨极氩弧焊兼有直流钨极氩弧焊正、反接的优点，是焊接铝、镁及其合金的最佳方法。各种材料的电流种类及极性的选用见表4－3。

表4－3　电流种类和极性选用表

2）钨极直径及端部形状。钨极直径主要按焊件厚度来选择。另外，在被焊材料厚度相等时，因使用的电流种类和极性不同，钨极的允许电流也不一样，所以采用钨极直径也不相同。如果钨极直径选择不当，将造成电弧不稳、严重烧损钨极和焊缝夹钨。钨极端部形状对电弧稳定性有一定影响，交流钨极氩弧焊时，一般将钨极端部磨成圆珠形，见图4－6（c）；直流小电流施焊时，钨极可以磨成尖锥角，见图4－6（a）；直流大电流时，钨极宜磨成钝角，见图4－6（b）。为了使用方便，钨极一端常涂有颜色，以便识别。钍钨极为红色，铈钨极为灰色，纯钨极为绿色。

图4－6　常用的电极端部形状

3）焊接电流。当钨极直径选定后，再选择适用的焊接电流。焊接电流主要根据焊件厚度、钨极直径和焊缝空间位置来选择，过大或过小的焊接电流都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。各种直径的钨极许用电流范围见下表4－4。

表4－4　各种直径的钨极许用电流范围

4）电弧电压。电弧电压主要是由弧长来决定的，弧长增加，焊缝宽度增加，熔深稍减小。电弧太长时，容易引起未焊透及咬边等缺陷，保护效果也不好；电弧太短时很难看清熔池，送丝时容易碰到钨极引起短路，使钨极受污染和被烧损，还容易夹钨。故通常使弧长近似等于钨极直径。电弧电压增加，焊缝厚度减小，随着电弧电压的增加，气体保护效果随之变差。当电弧电压过高时，易产生未焊透、焊缝被氧化和气孔等缺陷。因此，应尽量采用短弧焊，电弧电压一般为10～24V。

5）氩气流量。主要根据钨极直径及喷嘴直径来选择氩气流量。对于一定孔径的喷嘴，选用氩气流量要适当。如果流量过大，则气体流速增大，难以保持稳定的层流，对焊接区的保护作用不利，同时带走电弧区的热量也多，影响电弧稳定燃烧。而流量过小也不好，容易受到外界气流的干扰，以致降低气体保护效果。通常氩气流量在3～20L/min范围内。

随着焊接速度和弧长的增加。一般情况下，可按下式计算氩气流量：

Q＝（0.8～1.2）D

式中：Q——氩气流量（单位：L/min），

　　　D——喷嘴直径（单位：mm）。

6）焊接速度。在一定的钨极直径、焊接电流和氩气流量条件下，焊速过快，会使保护气流偏离钨极与熔池，从而影响气体保护效果，并且焊速显著影响焊缝形状。因此，应选择合适的焊接速度。

7）喷嘴直径。喷嘴直径对焊接过程及气体保护效果有不同程度的影响，所以应按具体的焊接要求给予选定。一般喷嘴直径随着氩气流量的增加而增加，一般喷嘴直径为5～20mm。

8）喷嘴至焊件的距离。钨极伸出长度等，它们对焊接过程及气体保护效果都有不同程度的影响，所以应按具体的焊接要求给予选定。一般喷嘴至焊件的距离以5～15mm为宜，钨极伸出喷嘴的长度为3～6mm较好。