钨极氩弧焊焊接工艺

（一）焊前清理

氩弧焊时，必须对被焊工件的接缝附近及填充焊丝进行焊前清理，去除金属表面的氧化膜、油脂和水分等杂质，以确保焊接质量。清理方法随被焊工件的材质不同而不同，现将常用的方法简介如下。

1.机械清理

机械清理较简单，而且效果好。通常对不锈钢焊件可用砂布打磨；铝合金焊件可用钢丝刷或电动钢丝轮（采用直径小于0.15mm的不锈钢丝或直径小于0.1mm的钢丝）及用刮刀刮。主要是清除焊件表面的氧化膜，机械清理后，可用丙酣去除油垢。

2.化学清理

对于铝、钛、镁及其合金在焊前可进行化学清理。

3.化学-机械清理

大型焊件采用化学清理往往不够彻底，因而在焊前还需要用钢丝轮或刮刀再清理一下接缝的边缘。

此外，清理后的焊件与填充焊丝必须保持清洁，严禁再粘上油垢，并要求清理后立即进行焊接。

（二）焊接工艺参数的选择

手工钨极氩弧焊的焊接参数主要有焊接电流、焊接电压、氩气流量、喷嘴直径、电极伸出长度、填充焊丝直径、钨极直径、接头坡口形式、焊缝层数、焊缝道数及预热温度等。选择时应根据不同的被焊金属、焊件厚度和结构形式等因素加以综合考虑。

1.焊接电流与钨极直径

一般根据工件材料选择电流种类，焊接电流大小是决定焊缝熔深的最主要参数，它主要根据工件材料、厚度、接头形式、焊接位置，有时还考虑焊工技术水平（手工焊时）等因素选择。

焊接电流是钨极氩弧焊中最主要的工艺参数，主要根据焊件厚度和钨极直径大小来选择，因为钨极的直径决定了焊枪的结构尺寸、质量和冷却形式，直接影响焊工的劳动条件和焊接质量。因此，必须根据焊接电流，选择合适的钨极直径。

如果钨极较粗，焊接电流很小，由于电流密度低，钨极端部温度不够，电弧会在钨极端部不规则地漂移，电弧很不稳定，破坏了保护区，熔池被氧化。

当焊接电流超过了钨极直径的许用电流时，由于电流密度太高，钨极端部温度达到或超过钨极的熔点，可看到钨极端部出现熔化迹象，端部很亮，当电流继续增大时，不仅钨极烧损严重，而且熔化了的钨极在端部形成一个小尖状凸起，逐渐变大形成熔滴，电弧随熔滴尖端漂移，很不稳定，这不仅破坏了氩气保护区，使熔池被氧化，焊缝成形不好，而且熔化的钨滴落入熔池后将产生夹钨缺陷。

当焊接电流合适时，电弧很稳定。

表4-7给出了不同直径钨极的许用电流值。

表4-7　不同直径钨极的许用电流值　　（A）

从表4-7中可看出：同一种直径的钨极选用的钨极材料不同时，允许使用的电流范围也不同。

当电流种类和大小变化时，为了保持电弧稳定，应将钨极端部磨成不同形状，如图4-11所示。

图4-11　常用钨极端头的几何形状

（a）小电流；（b）大电流；（c）交流电

一般在焊接薄板和焊接电流小时可用小直径的钨极并将其末端磨成尖锥角，这样电弧易引燃和稳定。但在焊接电流较大时仍用尖锥形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、飘荡不稳定而影响焊缝成形。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。

钨极末端呈平顶锥形，钨极直径与锥形平顶直径之间的关系为

L＝（2～4）D

d＝（1/4～1/3）D

式中　L——锥形长度（mm）；

d——锥体最小直径（mm）；

D——钨极直径（mm）。

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。

2.电弧电压

电弧电压的大小决定于电弧长度，随着电弧长度增加，电弧电压增大，焊缝宽度增大，熔深下降。在保证电弧不短路的情况下，应尽量减小弧长，采用短弧焊接（3～4mm的弧长），一般电弧电压为13～16V。当电弧太长时，会使熔深浅，产生未焊透和气体保护不良现象。但电弧太短会引起填充焊丝进入熔池困难，若焊丝碰到钨极，会加快钨极烧损，同时电弧太短会使从喷嘴出来的保护气流冲击熔池，产生强烈的反射，反而使空气混入，破坏气体的保护效果。

3.气体保护效果及影响因素

氩气的保护作用是在电弧周围形成惰性气体层，机械地将空气与金属熔池、填充焊丝隔离，如图4-12所示。为了评定氩气的保护效果，可做测定“有效保护区”直径的试验。例如，用铝板作为被焊工件，选择一定的焊接参数，引燃电弧以后，焊枪固定不动，待燃烧5～10s后熄弧。此时在铝板上就会留下熔化焊点，其周围有一个明显的圆圈，如图4-13所示。如果保护良好，则圆圈内光亮清晰，即是有效保护区；如果保护不好，就几乎看不到光亮的圆圈。有效保护区直径可作为衡量保护效果的尺度。同样也可用不锈钢材料来进行该试验。

图4-12　气体保护示意图

图4-13　氩气的有效保护区

（a）保护效果良好；（b）保护效果不好

氩弧焊时，由于氩气保护层是柔性的，故极易受到外界因素扰动而遭破坏，其保护效果主要与下列因素有关。

1）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，氧化会使焊缝变脆变硬，破坏其致密性，不同的母材材质对氩气的纯度有不同的要求。焊接碳素结构钢、不锈钢等材料，氩气的纯度应大于99.95%；焊接铝、镁、钛、铜及其合金，氩气的纯度应大于99.99%。

2）气体流量

气体流量越大，保护层抵抗流动空气影响的能力越强。但流量过大时，保护层会产生不规则流动，易使空气卷入，反而降低了保护效果，所以气体流量要选择恰当。直径在8～12mm的喷嘴，合适的氩气流量为7～10L/min。

3）喷嘴直径

喷嘴直径与气体流量同时增大，保护区增大；但喷嘴直径过大时，则某些焊缝位置不易焊到或妨碍焊工视线，从而影响焊接质量。手工钨极氩弧焊的喷嘴直径主要根据钨极直径来选择，一般以5～16mm为宜。

4）喷嘴至焊件距离

喷嘴距离焊件越远，保护效果越差；距离过近会影响焊工视线，操作不便。一般在焊接时，喷嘴至焊件距离以5～15mm较为适宜。

5）焊接速度与外界气流的影响

焊接速度的选择主要根据工件厚度决定并和焊接电流、预热温度等配合以保证获得所需的熔深和熔宽。在高速自动焊时，还要考虑焊接速度对气体保护效果的影响。焊接速度过大，保护气流严重偏后，可能使钨极端部、弧柱、熔池暴露在空气中。因此必须采取相应措施如加大保护气体流量或将焊炬前倾一定角度，以保持良好的保护作用。

对于对氧化、氮化非常敏感的金属和合金（如钛及其合金）或散热慢、高温停留时间长的材料（如不锈钢），要求有更强的保护作用。加强气体保护作用的具体措施有：

（1）在焊枪后面附加通有氩气的拖罩，使在400℃以上的焊缝和热影响区仍处于保护之中。

（2）在焊缝背面采用可通氩气保护的垫板、反面保护罩或在被焊管子内部局部密闭气腔内充满氩气，以加强反面的保护。在焊缝两侧和背面设置紫铜冷却板、铜垫板、铜压块（水冷或空冷），都有加速焊缝和热影响区冷却、缩短高温停留时间的作用。

焊接速度过快，由于空气阻力对保护气层的影响，或者焊接时遇到侧向气流的侵袭，保护层可能偏离钨极和熔池，从而使保护效果变坏，所以应选用合适的焊接速度。

6）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，如图4-14所示。焊接对接和T形接头时，由于氩气被挡住反射回来，所以保护效果较好；而搭接和角接接头，因空气易侵入电弧区，故保护效果较差。若要改进保护条件，可安放临时性的挡板，如图4-15所示。

图4-14　不同接头形式的氩气保护效果

（a）、（b）对接、T形接头保护效果好；（c）、（d）搭接、角接接头保护效果较差

图4-15　氩弧焊时临时挡板的安装

7）被焊金属材料

对于氧化与氮化非常敏感的金属及其合金（如钛和钛合金等），氩弧焊时要求有更好的保护效果，其具体措施是：加大喷嘴直径，采用拖罩以增大保护区域，以及采用特殊装置对焊缝正反面进行保护。

此外，焊接电流、电弧电压、焊枪倾斜角度、填充焊丝送入情况等对保护效果均有一定的影响。总之，为了得到质量满意的焊缝，在焊接时应综合考虑上述的因素。

焊接低碳钢的主要参数列于表4-8。

表4-8　低碳钢（平对接焊）手工钨极（直流正接）氩弧焊焊接参数