钨极氩弧焊

基础知识

氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法。焊接时，氩气流从焊枪喷嘴中连续喷出，在电弧区形成严密的保护气层，将电极和金属熔池与空气隔离。同时，利用电极（钨极或焊丝）与焊件之间产生的电弧热量，来熔化附加的填充焊丝或自动送给的焊丝及基本金属形成熔池，液态熔池金属凝固后形成焊缝，如图8-16所示。

图8-16  钨极氩弧焊

一、氩弧焊的特点

焊缝质量高；焊接变形与应力小；焊接范围很广。

二、氩弧焊的分类

氩弧焊的分类见表8-6。

表8-6 氩弧焊的分类

三、钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是指以钨或钨合金作为电极，用氩气作为保护气体的电弧焊方法，简称TIG焊。其焊接系统构成如图8-17所示。焊接时，根据焊缝的坡口形式及焊缝金属性能的需要，可以添加或者不添加填充金属。填充金属通常从电弧的前方加入，但也可以预置在接头的坡口或间隙之中。焊接过程可以用手工操作，也可以自动化。

图8-17  钨极氩弧焊示意图

TIG焊用电极材料，对TIG焊电弧的稳定性、连续工作时间及焊接质量影响很大。为此，对电极材料提出以下要求：耐高温；发射电子能力强；载流能力大；磨削加工性好；放射性小。

任务实施

一、钨极氩弧焊的焊接材料

1.钨极

钨极氩弧焊要求钨极具有电流容量大、损耗小、引弧和稳弧性能好等特性。常用的钨极有纯钨极、钍钨极和铈钨极三种。

（1）纯钨极 钨的触点很高，约为3 380℃，沸点约为5 900℃，因此不易熔化和蒸发。用纯钨可以制成各种直径的电极，并具有较好的磨削加工性能。钨的熔点高，在高温时，钨的热电子发射能力很强，一旦电弧引燃，电弧很稳定。纯钨极的焊接许用电流见表8-7表示。在直流正极性焊接时（钨极为负极），由于有较强的热电子发射能力，许用的焊接电流较大。在直流负极性时（钨极为正极），钨极不能发挥热电子发射的优势，许用电流很小。交流焊时，介于这两者之间，许用电流值也居中。

表8-7 纯钨极的许用电流

（2）钍钨极 在纯钨中加入质量分数为1%～2%的氧化钍（Th O2），使电极的逸出功大大降低，电子发射能力显著增强，并改善电极的引弧性和稳弧性，而且还能提高电极的载流能力，延长电极的使用寿命。钍钨极与纯钨极的许用电流比较见表8-8。由于钍钨极中所含的少量Th O2具有较强的放射性，因此目前已用得不多。

表8-8 钍钨极及纯钨极许用电流的比较

（3）铈钨极 为降低电极的放射性，改用放射性较低的铈（Ce）来代替钍。实践证明，在纯钨中加入质量分数为2%左右的氧化铈（Ce O），同样能明显地降低电极的逸出功，提高电极的引弧性及稳弧性。

以上几种电极的化学成分见表8-9。成分中含有的Si O2、Fe2O3、Al3O3等为冶金杂质，应予以限制，否则将会降低电极熔点，影响使用性能。

表8-9 TIG焊常用电极的化学成分

2.氩气

氩气是一种无色无味的惰性气体，它比空气重25%，而比热容和传热系数却比空气小。这些性质使氩气在焊接时不易漂浮失散，能够起到良好的保护作用和良好的稳定电弧的作用。

由于氩气是单原子气体，高温时不分解、不吸热，并且比热容和传热系数小，所以在氩气中燃烧的电弧热量损失较小。在各种保护气体电弧中，氩弧的稳定性最好，电弧一旦引燃，就非常稳定，其电弧电压也较低。

同时，氩气的原子量大，为39.948。因此，在氩弧焊的负极性条件下，质量很大的氩离子（带正电荷）就会对负极性的工件表面产生强烈的轰击作用。在焊接铝、镁及其合金时，就能利用这种轰击的作用来破碎和清除氧化膜。

3.焊丝

焊丝选用的原则是熔敷金属化学成分或力学性能与被焊材料相当。对于碳钢、低合金钢按GB/T 8110–2008《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》选用，不锈钢焊丝按YB/T 5092-2005《焊接用不锈钢丝》选用，以前模块所列的铜、铝、铸铁气焊焊丝均可作为氩弧焊焊丝。

二、钨极氩弧焊设备（图8–18）

图8-18  钨极氩弧焊设备

焊枪

1.焊枪的功能与要求

（1）加持电极 要求加持电极的接触电阻小，并且装卸方便。

（2）导电 传导焊接电流，使电流通过电极与工件之间产生焊接电弧。

（3）输送保护气 焊接时由焊枪喷嘴连续地喷出保护气体将四周空气排开，使焊接区域得到可靠的保护。

（4）冷却焊枪 大型焊枪需要采用水循环冷却的措施。因为焊枪的冷却是非常重要的问题，只有焊枪的冷却可靠而不过热，才能保证进行正常的焊接。

（5）控制焊机 通常要在焊枪手柄上装有焊机的控制按钮，以便焊接时进行“启动”和“停止”的操作。

除此之外，焊枪还要重量轻、体积小、绝缘性能好和具有一定的机械强度等。

2.焊枪结构（图8–19、图8–20）

图8-19  焊枪结构

图8-20  焊枪易损件装拆及钨极的装卡

3.保护效果

气体保护的效果，对焊接质量及过程稳定性影响极大。希望从焊枪喷嘴中喷出的保护气体对整个焊接区都具有良好的保护作用。这就要求喷出的保护气流稳定，呈层流流态，并能达到较远的距离。保护效果与气体的流量有关，也与焊枪结构有很大关系。简单地说，喷嘴的形状和尺寸对保护效果有很大的影响。其中圆柱形的喷嘴有利于产生“层流”，用得较多。圆锥形的喷嘴保护性能差一些，但便于操作，熔池可见性好，故常用于小型焊枪焊接薄件。