钨极氩弧焊及等离子弧焊用电极

一、钨极氩弧焊及等离子弧焊用电极

通常用钨作为钨极氩弧焊及等离子弧焊用电极。

1.对钨极材料的要求

①耐高温。焊接过程中，要求钨极不易被烧损。如果电极在焊接过程中发生烧损，则对焊接过程的稳定性和焊缝成形有明显的影响；若损耗的钨渗入熔池造成焊缝夹钨，会严重影响焊缝质量。钨极损耗分正常损耗和异常损耗。正常损耗是指在正常焊接中，钨极因高温蒸发和缓慢氧化等累计的损耗。正常损耗和钨极的化学成分、采用的电流种类及电源极性有关。采用直流反极性时，钨极的烧损比交流高，而用交流时，钨极的烧损又高于直流正极性。

②电流容量要大。如果焊接电流超过许用电流，会使钨极端部熔化，形成熔球，造成电弧不稳定，甚至会导致钨极端部局部熔化而落入熔池。钨极的许用电流与钨极的材料有很大的关系，但也受其他因素的影响，如电流的种类和极性、电极伸出导电嘴长度等。

③引弧及稳弧性能良好。引弧及稳弧性能主要取决于电极材料的逸出功，逸出功低，则引弧和稳弧性能就好，反之就差。一般用纯钨做电极材料是不够理想的，因为纯钨的逸出功较高，而且长时间使用大电流焊接时，烧损较明显。若在钨极中加入一些可降低逸出功的元素，如钍、铈等，对提高钨极的发射电子能力是极为有效的。不同的电极材料要求的空载电压不同，见表4－14。

表4－14　不同电极材料对焊机空载电压的要求

2.钨极种类及特点

钨极的熔点和沸点都很高，纯钨极发射电子时要求电压较高，电焊机要有很高的空载电压才能满足要求。而且在大电流和长时间焊接时，钨极的烧损也比较严重，容易造成焊缝夹钨和电弧飘荡，电弧不稳。因此，常在纯钨中加入一定量的钍、铈、锆等元素或它们的氧化物。根据加入元素的不同，可分为纯钨极、钍钨极、铈钨极、锆钨极等。

①纯钨极。含钨99.85％以上。纯钨极价格较便宜，一般用在要求不严格的情况。使用交流焊接时，电流承载能力较低，抗污染能力差，要求空载电压较高，目前已不被采用。

②钍钨极。在纯钨中加入0.3％～2％的氧化钍，其电子发射率较高，电流承载能力和抗污性能较好。钍钨极比较容易引弧，并且电弧也比较稳定，但是成本较高，且具有微放射性。

③铈钨极。在纯钨中加入0.5％～2％的氧化铈，电弧电压较低且电弧燃烧稳定；弧柱的压缩程度较好，热量集中；电极的烧损率下降，修磨次数少，使用寿命较长。是目前应用最广泛的钨极。

④锆钨极。在纯钨中加入0.15％～0.4％的氧化锆。它的性能在纯钨极和钍钨极之间。用于交流焊接时，具有纯钨极理想的稳定特性和钍钨极的载流量及引弧特性等综合性能。

各种钨极的化学成分列于表4－15中。

表4－15　常用钨电极化学成分

续表

3.钨极的选用

钨极氩弧焊时，钨极的选用要综合考虑钨极的电弧特性（引弧与稳弧）、载流能力、被焊金属的材质、焊件厚度、电流类型及电极极性，此外还要考虑电极的来源、使用寿命及价格等。

一般厚板焊接时要求能获得较大的熔深。为此应采用直流正接和大电流来进行焊接，一般选用载流能力强的钍钨极或铈钨极；薄板焊接要求熔深较浅，所以，焊接时电流宜小，应采用直流反接的方法，但容易使电极发热，因此，电极宜选用引弧容易、稳定性好、载流能力强的钍钨极或铈钨极。铝、镁及其合金的焊接要求采用交流电，这种情况下电极烧损的程度比直流反接时的小，可以选用较为便宜的纯钨极。

美国产锆钨极（Zr为0.15％～0.4％），其载流能力和引弧性能均比纯钨极好，但比钍钨极差。我国不生产锆钨极，但有铈钨极，铈钨极的综合性能优于钍钨极，若价格和供货条件允许，可以取代钍钨极。钍钨极有微量的放射性，会给操作人员的身体健康带来不利影响。

铈钨极是我国研制成功的产品，其X射线剂量及抗氧化性能与钍钨极相比有了较大的改善。铈钨极的弧束细长，热量集中，可提高电流密度5％～8％，使用寿命长，而且电子逸出功比钍钨极低，故引弧相对容易，燃弧稳定性好。另外，铈钨极化学稳定性好，阴极斑点小，压降低，烧损小，完全可以取代钍钨极。在机械化焊接应用中，铈钨极和钍钨极均比纯钨极更合适。焊接不同金属所推荐选用的钨极见表4－16。

表4－16　不同金属焊接所推荐选用的钨极

续表

4.钨极承载电流的能力

钨极的电流承载能力除了与它们的化学成分有关外，还受到其他因素的影响，如焊枪的形式、电极夹头的极性、电极直径、电源种类、电极从焊枪中伸出的长度、焊接位置、保护气体的性质等。在工艺条件相同的情况下，用直流电焊接对各种类型电极的载流能力的影响没有很大的差别。钨极的载流能力大都与其极性有关，大约2/3的热量产生在阳极上，1/3的热量产生在阴极上。因此，在不过热的条件下，电极接负极（正接法）时可以承载的电流比电极接正极（反接法）时大得多（约10倍）。同样，直流电源情况下电极接负极时的载流能力比交流电情况下的载流能力大。

交流电时，纯钨极的载流能力低于其他钨极，而各类电极在对称波形交流电情况下的电流承载能力要比在非对称波形交流电时的电流承载能力小。表4－17列出了部分国产钨电极的载流能力。由于电极的最大载流能力取决于很多因素，该表给出一个近似的电流范围以表达电极载流能力。

表4－17　钨电极的载流能力

5.钨极端部形状及表面质量

钨极的规格有0.5mm、1.0mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm、6.3mm、8.0mm、10.0mm等，供货长度通常为76～610mm。

钨极端部的表面质量和形状尺寸对焊接许用电流的大小和焊缝成形有一定影响。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磨成尖锥角（约30°），这样，容易引弧且电弧稳定，见图4－3（a）。但在焊接电流较大时仍用尖锥角，会使末端过热熔化增加烧损，使弧柱明显扩散飘荡不稳，影响焊缝成形。因此，在大电流焊接时，要求钨极端部磨成带有平顶的锥形，见图4－3（b）。

当采用交流钨极氩弧焊时，一般将钨极末端磨成半圆球状，随着电流的增加，球径也随之增大。随着钨极末端锥角的增大，弧柱的扩散倾向减小，但熔深增大，熔宽减小，焊缝横断面积基本不变。

图4－3　钨极端部形状

打磨钨极的砂轮应专用，以免污染，一般采用优质的氧化铝或氧化硅砂轮。要采用纵向打磨钨极的方法，不要横向打磨，横向打磨的钨极易使电流受约束，电弧飘逸。

表4－18列出了直流正接时推荐使用的钨极末端形状和电流范围。

表4－18　直流正接时推荐使用的钨极末端形状和电流范围

续表