铸铝焊接工艺毕业设计

摘要
铝合金具有密度小，耐腐蚀性高，比强度高，导电导热性好等优点，成为工业生产中最常用的有色金属之一。

TIG焊作为最常见的铝合金焊接方法具有焊接接头质量高，可进行全位置焊接等优点，但是由于钨极载流能力有限，电弧热分散，单道焊接熔深浅，熔覆率低，焊接生产率低，限制了它的应用。

本课题主要的研究研究铸造铝合金的类型、特性及焊接特点，掌握了铸铝焊接时容易出现气孔、裂纹等问题，在焊接过程中要在焊接材料、焊接过程、焊接操作等方面进行严格控制。

研究在实际生产中已广泛应用的铸铝焊接技术的原理及工艺特点，如焊条电弧焊、钨极氩弧焊以及熔化极氩弧焊。

同时探讨了近几年来在国内外出现的铝焊新技术的基本原理及特点，通过研究，掌握每种焊接方法的工艺特点、适用场合等，其中在我国具有较好应用前景的是熔化极脉冲氩弧焊、搅拌摩擦焊等。

关键词：铝合金；氩弧焊；焊接工艺
Abstract
Aluminum alloys have been intensively applied as one of the ferrous metals in industrial production，due to advantages of low density，corrosion Proof，high specific intensity and heat and electrical conductivity. TIG welding used as the common welding process for aluminum alloys has many advantages，including high welding quality and all Position welding and so on. Normally，it is used to Weld thin Plate owing to Poor Penetration and low deposition coefficient in one weld，because that the tungsten electrode has the restricted carrying capacity and arc heat have dispersive radiation .So its application is limited.
The main studies and the classifications ,properties and weld ability of casting aluminum alloy systematically , mastered the problems when welded, such as porous、crack etc. During welding ,we must control material ,process strictly. Have Studied the principle and characteristics of the common welding technologies ,such as electrode-arc welding etc.；however ,some advanced technologies are introduced sketchy , .Each technology has different characteristic and practical occasion .By analyzed ,PC-MIG welding and FSW have good practical prospects
key word: Aluminum alloy;Argon arc;Weldding process
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
1 绪论 (1)
1.1 前言 (1)
1.2 焊接简介 (2)
1.2.1 熔焊 (2)
1.2.2 压力焊 (4)
1.2.3 钎焊 (5)
1.3 铸铝焊接 (5)
1.3.1 铝合金焊接性 (5)
1.3.2 铝合金、铸铝的焊接应用 (6)
1.4 铸铝合金TIG焊特点及应用 (7)
1.4.1 铝合金TIG焊原理 (7)
1.4.2 TIG焊对铝合金焊接的特点 (8)
1.4.3 铸铝所选择的氩弧焊电流种类及极性选择 (8)
1.4.4 TIG焊技术及其应用于铝合金 (14)
1.5 本课题研究的工作、背景及意义 (15)
2 实验材料与实验方法 (16)
2.1 实验材料 (16)
2.1.1 母材 (16)
2.1.2 焊丝 (16)
2.1.3 焊接材料 (17)
2.2 焊接设备 (19)
2.2.1 TIG焊对焊接电源的要求 (19)
2.3 焊接工艺 (21)
2.3.1焊接接头设计 (21)
2.3.2 焊接清理 (21)
2.3.3 焊接参数 (22)
2.4 焊接操作 (23)
2.5 金相实验 (24)
3 铸造铝合金TIG焊接头组织观察分析 (27)
3.1 焊接接头宏观形貌 (27)
3.2 焊接接头微观形貌 (27)
4 结论 (30)
参考文献 (31)
致谢 (31)
附录A (33)
附录B (37)
1 绪论
1.1 前言
焊接技术是材料领域的主要加工工艺之一，已广泛应用在航天、航空、能源、交通、化工、武器、机械。

电子、医药以及各种金属结构等工业部门。

随着科学技术的不断发展和各种新材料的不断出现，焊接技术在我国科学事业、经济建设和国防建设上将起到越来越重要的作用。

随着我国在民船上层建筑、船舶结构，豪华游艇及特殊船上越来越广泛地使用铝合金，我国焊接工作者也开展了大量的铝合金焊接研究。

在基础理论研究方面，目前开展了：铝合金焊接结构及接头抗疲劳性能的研究，以提高模拟结构件的设计和制造质量；铝合金残余应力的降低和释放；热循环对LF6铝合金焊接接头断裂机理的影响；厚板高强铝合金的焊接工艺研究；制定铝合金焊接工艺方案的专家系统等。

在新工艺研究方面，目前开展了：甘肃工业大学樊丁等人的A-TIG焊；北京工业大学马德等人对数字化脉冲MIG焊铝的一脉一滴熔滴过渡特点，总结出了铝的一脉一滴脉冲参数选择规律；上海交通大学焊接研究所探讨了工艺参数对焊缝成型的影响规律及激光与电弧的复合作用，并取得一定研究成果；CO2-激光焊接船用铝合金T型材的焊缝成形控制等。

在焊接技术研究方面也在突飞猛进的发展，表现为：基于对传统焊接技术的改进和创新而出现的新型铝合金焊接技术，如低频调制脉冲MIG焊、交流TIG焊、双面双弧TIG焊、穿孔型等离子立焊等；高能密度焊接技术在铝合金焊接领域的的进一步推广应用，如电子束焊、YAG激光焊等；搅拌摩擦焊在铝合金焊接领域的出现。

在应用方面，激光焊技术已用于汽车制造业，双丝MIG焊已用于压力容器、机车制造中，北京赛福斯特公司已与英国TWI成合作开发了搅拌摩擦焊焊接设备，并成功用于船上建铝合金带筋板的焊接等。

在国外，铝合金焊接的研究相对比较成熟，率先研发出了铝焊新技术，如A-TIG焊技术、双面双弧TIG焊工艺、脉冲MIG焊（PMIG）、双脉冲MIG焊（DPMIG）、双丝MIG焊、搅拌摩擦焊等新工艺，对与之相配套的基本原理、设备设计、工艺特点等各方面也在不断深入研究，应用研究也日渐成熟，形成规模化生产，在石油化工、交通运输、船舶制造等相关领域中得到较好的推广应用，如挪威船舶铝业公司（一家专业生产和焊接高速渡船、大型铝结构的公司）首次将摩擦搅拌焊用于生产，该公司制作了世界上第一台搅拌摩擦焊的商业设备，可焊接厚3～15mm、尺寸6×16㎡的铝合金。

研究开发
兼具高力学性能和工艺性能的新型铸造铝合金，如美国正在研究利用快速凝固的微晶合金，由于具有极细的显微结构，不仅强度和疲劳强度好，而且还具有良好的韧性，其工艺性能也较好。

1.2 焊接简介
按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。

铝及铝合金对各种焊接方法的适应性，几乎各种焊接方法均可用于焊接铝及铝合金，但是，铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自应用场合。

各种焊接方法的特点可简述如下：
1.2.1 熔焊
1、氧燃气火焰气焊
此法热效率低，焊接热输入不集中，焊接时需要采用焊剂，焊接后需清除焊剂残渣，接头质量及性能不高，因此，不适合焊接铝特别是热处理强化铝合金，此法应用较少，但因设备简单、无需电源及氩气，使用方便。

因此，有时应用于焊接质量要求不高的铝焊件或补焊。

2、碳极电弧焊
此法以碳棒或石墨棒作电极，在电极与焊件间产生电弧，焊接热输入比氧燃气火焰气焊较为集中，但仍需采用焊剂，焊后仍需清除焊剂残渣，此法不合适焊铝，应用较少，但设备简单，使用方便，有时仍用于物理条件差的地方。

3、药皮焊条电弧焊
此法焊接热输入较为集中，但需药皮焊条、药皮易潮湿、焊后仍需清除残余焊渣。

此法也不适合焊铝，但有时可用于补焊铝合金铸件。

4、钨极气体保护电弧焊
钨极气体保护电弧焊是应用最为广泛的铝及铝合金熔焊方法之一。

此法在近代发展很快，已不断深化和完善。

5、钨极交流氩弧焊
此法电弧稳定，熔池保护好，电弧有阴极清理作用，能在焊接过程中清除氧化膜，无需配用焊剂，无需焊后清除熔渣，可焊接薄件，焊接质量及接头性能好。

但此法深熔
能力弱，零件坡口单层焊时，需要坡口实施多层焊、生产效率低。

6、钨极直流氦弧焊
此法采用氦气保护和直流正接，电弧无阴极清洗作用，但氦弧发热及母材受热大，可短弧熔深，可焊接厚件、焊接效率高、母材热影响轻微，零件不开坡口实施单层焊时，其适焊厚度达12mm；零件不开坡口实施双面焊时，其适焊厚度可达20mm；即开破口，坡口亦可明显减小。

此法特别适合焊接厚件及对热敏感的热处理强化铝合金结构。

7、钨极脉冲氩弧焊
此法焊接电流基值电流和脉冲电流组合而成，焊接薄件时，电弧更为稳定，可调参数增多，便于焊接热循环的调节与控制，零件视焊厚度范围增大，焊接变形减小，母材热影响区变变窄，它特别适合薄型零件焊接、全位置焊接、对热敏感的热处理强化铝合金的焊接。

按其频率高低，此法又可分为低频脉冲钨极氩弧焊、高频脉冲钨极氩弧焊，后者的电弧挺度大、热输入集中、电弧熔透能力强，熔深不随电弧长度变化而变化，但是，后者电弧伴随有尖锐的噪声，可能影响操作工人情绪。

8、熔化极惰性气体保护电弧焊
熔化极惰性气体保护电弧焊也是应用最为广泛的铝及铝合金熔焊的方法之一。

此法在近代发展也很快、已不断深化和完善。

9、熔化极氩弧焊
采用直流反接，电弧有阴极清理作用，可使用比钨极氩弧焊更大的焊接电流，电弧功率大，焊接效率高，生产效率比手工钨极氩弧焊挺高2—3。

零件不开坡口时，对接焊零件厚度范围为2—6mm，零件开剖口时，零件适焊厚度可达50—60mm。

由于熔化极氩弧焊属熔滴过度过程，不如钨极氩弧焊过程那样安宁和稳定，其焊缝金属生成的气孔敏感高。

10、等离子弧焊PAW
等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。

能够焊接更细、更薄（如1mm以下极薄金属的焊接）的工件，适合用于焊接厚壁零件及对敏感的热处理强化铝合金结构及缺陷补焊。

11、激光焊LAW
激光焊可以焊接各种金属材料和非金属材料如碳钢、硅钢、铝和钛等金属及其合金、钨、钼等难熔金属及异种金属以及陶瓷、玻璃和塑料等。

特别适于焊接微型、精密、排列非常密集、对热敏感性强的工件，适于焊接厚度小于0.5mm的薄板、直径小于0.6mm
的金属丝。

但是，铝合金对激光的反射率高，焊接时需大功率激光器，或需在铝材表面上施加特殊的表面材料，以减小反射率，提高吸收率。

目前，铝及铝合金激光焊技术正在研究发展中。

12、电子束焊EBW
电子束焊设备复杂，价格贵，使用维护要求高；焊件装配要求高，尺寸受真空室大小限制；需防护X射线。

电子束焊可以用来焊接绝大多数金属及合金以及要求变形小、质量高的工件等。

目前电子束焊已广泛应用于精密仪器、仪表和电子工业等。

1.2.2 压力焊
1、电阻焊
电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊和对焊。

电阻对焊是一种对电阻加热至高温塑性状态下的零件加压顶锻而实现其连接的固态焊接方法。

由于铝材电导率高，且氧化膜在对焊过程中不易去除，铝材电阻对焊应用较少，但电阻加热闪光对焊方法可使铝材对接表层熔化、挤出并随即铝材发生高温塑性变形而实现锻焊连接，此法特别适合于焊接厚大截面的铝合金材、板材、型材，但需要大功率焊接电源。

2、超声焊
这是一种利用超生的机械振动能量转变为零件间的摩擦功、形变能及有限的升温而实现连接的固态焊接方法，特别适合于焊接由高热导率及电导率的铝及铝合金制成的小型器材。

3、扩散焊
这是一种通过加热和加压使两铝材相互接触，通过微观塑性变形或通过界面产生微量液面相而扩大接触，再经长时原子相互扩散而实现冶金结合的焊接方法。

在预先以完善的表面清理方面彻底清除铝材表面氧化膜的基础上，使焊接过程再生的氧化膜破碎，以复合形态被挤出接头外。

目前铝材扩散焊技术仍在研究中。

1.2.3 钎焊
1、火焰钎焊
火焰钎焊适于碳素钢、铸铁以及铜及其合金等材料的钎焊。

氧乙炔焰是常用的火焰。

燃气种类很多，对铝及铝合金来说，可供选择的适用燃气有乙炔、天然气、氢气。

铝及铝合金火焰钎焊时必须配用钎剂，钎焊后一般需要清理钎剂残渣，由于铝及铝合金加热
过程中无颜色变化，手工火焰钎焊时不易钎焊的加热温度，操作技术难度大。

2、空气炉中钎焊
空气炉中钎焊铝合金时必须配用钎剂，用腐蚀性钎剂钎焊后需清除焊剂残渣。

3、气保护炉中钎焊
气保护炉中钎焊焊接铝及铝合金时，如采用惰性气氛保护，则钎焊前需对连接表面进行彻底清洗，炉内气氛先需置换然后持续通吹，制造成本高；如采用氮气保护，即需采用无腐蚀性钎剂。

此法较为适合。

4、刮擦钎焊
这是一种无需配用钎剂的软焊铝及铝合金组件的方法，刮擦钎焊时，钎料在加热的组件表面刮擦、熔化，即完成软钎焊过程。

此法限于手工操作，一般用于小型的简单组件的钎焊。

1.3 铸铝焊接
铸铝合金又称为硅铝明，一般Si的质量分数为4%—22%。

该系合金由于加入了大量的Si而具有优良的铸造性能，即流动性好、收缩小、热裂倾向小。

此外气密性好，经过变质处理和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能和加工性能，也有较好的耐蚀性，是铸造铝合金中品种最多、使用量最大的一类。

1.3.1 铝合金焊接性
铝及铝合金焊接时具有以下特性：
1、铝的还原能力铝和氧的化学结合力很强，常温下表面就能被氧化而生成一层厚度为0.1~0.2μm的Al2O3薄膜，Al2O3的熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点（660℃），而且体积质量大，约为铝的1.4倍。

焊接过程中，Al2O3薄膜会阻碍熔化金属之间良好结合，形成夹渣，并且还会吸附水分，在焊缝中产生气孔。

2、较大的热导率和比热容铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍，焊接过程中大量热量被迅速传导到基体金属内部，因此消耗更多的热量。

3、热裂倾向大铝及铝合金的线胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%。

因此，焊接时具有一定的热裂倾向。

4、容易形成气孔氮不溶于液态铝，铝也不含碳。

因此，焊接铝及铝合金时在焊缝中不会产生N气孔和CO气孔，只可能产生氢气孔。

氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660℃凝固温度时，氢的溶解度突然降至0.04mL/100g，使原来溶于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。

同时，铝和铝合金的的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及退出而留在焊缝中成为气孔。

5、接头不等强度铝及铝合金的热影响区由于受焊接热循环作用而发生软化，强度降低，使接头与母材金属无法达到等强度。

工业纯铝及非热处理强化铝合金的强度约为母材金属的75%~100%；热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材金属的40%~50%。

6、焊穿铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材金属温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至烧穿。

1.3.2铝合金、铸铝的焊接应用
铝合金是工业中应用中最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械等工业中已大量应用。

随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。

铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

纯铝的密度小，大约是铁的三分之一，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材、板材。

抗腐蚀性能好；但是纯铝的其强度很低，退火状态较低，故不宜做结构材料。

通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加如合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。

添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能有较高的强度，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、运力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压力机等常以铝合金制造，以减轻自重。

采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。

1.4 铸铝合金TIG焊特点及应用
1.4.1 铝合金TIG焊原理
实验用的焊接铸铝用的是钨极氩弧焊，它是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法，其方法构成如图1.1所示。

焊接时氩气从焊枪的喷咀中连续喷出，在电弧周围
形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔深及邻近热影响区的有害影响，从而获得优质的焊缝。

焊接过程根据工件的具体要求可以加或者不加填充焊丝。

图1.1钨极惰性气体保护焊示意图
1-喷嘴2-钨极3-电弧4-焊缝5-工件6-熔池7-填充焊丝8-惰性气体
1.4.2 TIG焊对铝合金焊接的特点
1)氩气具有极好的保护作用，能有效地隔绝周围空气，焊接时无需使用焊条或溶剂和焊剂，焊后无需清除残余溶剂或焊渣。

因为氩气可良好地保护电弧、熔池及母材热影响区而不受氧化，氩气本身不与铝发生物理化学反应。

2)钨极电弧非常稳定，即使在很小的电流情况下(<10A)仍可稳定燃烧，特别适合于薄板铝合金材料焊接；
3)热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整，所以这种焊接方法可进行全位置焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法；
4)由于填充焊丝不通过电流，故不会产生飞溅，焊缝成形美观；
5)交流氩弧在焊接过程中能够自动清除铸铝合金工件表面的氧化膜作用。

6)钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而引起夹钨；
7)采用的氩气较贵，熔敷率低，且氩弧焊机又较复杂，和其他焊接方法(如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊)比较，生产成本较高；
8)氩弧受周围气流影响较大，不适宜室外工作。

1.4.3铸铝所选择的氩弧焊电流种类及极性选择
不同的金属材料，在进行钨极氩弧焊时要求不同的电流种类和极性。

铝、镁及其合金一般选用交流，而其他的金属焊接均采用直流正接
(1)交流钨极氩弧焊交流电流的极性是在周期性地变换，相当于在每个周期里半波为直流正接，半波为直流反接。

正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而不致于过热，有利于电弧的稳定。

反接的半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理而获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。

这样，同时兼顾了阴极清理作用和钨极烧损少、电弧稳定性好的效果，对于活泼性强的铝、镁、铝青铜等金属及其合金一般都选用交流氩弧焊。

上述几种氩弧焊的特点如表1.1所示。

表1.1 各种电流钨极惰性气体保护焊的特点
电流种类直流交流
正接反接正弦波矩形波
示意图
电流波形
两极热量比例(近似) 工件70%
钨极30%
工件30%
钨极70%
工件50%
钨极50%
通过占空比可调
熔深特点深、窄浅、宽中等较深
钨极许用电流
最大例如
3.2mm，400A
小例如
6.4mm，120A
较大例如
3.2mm，225A
大例如
3.2mm，325A
阴极清理作用无有有(工件为负的半
周时)
有
电弧稳定性很稳不稳很不稳稳直流分量无无有无
交流氩弧焊较直流氩弧焊复杂，主要表现在以下几个方面：
1)阴极清理作用当采用交流氩弧焊时，有显着的阴极清理作用。

当工件为负极时，表面生成的氧化膜逸出功小，易发射电子，所以阴极斑点总是优先在氧化膜处形成。

工件为冷阴极材料时，阴极区有很高的电压降，因此阴极斑点能量密度相当高，远远高于阳极。

正离子在阴极电场作用下高速撞击氧化膜，使得氧化膜破碎、分解而被清理掉，接着阴极斑点有在邻近的氧化膜上发射电子，继而又被清理，阴极斑点始终在金属表面的氧化膜上游动，被清理的氧化膜面积也不断地扩大，直到在氩气所能保护的范围内。

清理作用的强弱与阴极区的能量密度和正离子质量有关，能量密度越高，离子质量越大清理效果越好。

正接时，工件转为阳极，不存在清除氧化膜的功能。

2)直流分量交流钨极氩弧焊时电压和电流的波形如图所示。

正半波时，钨极为负极，因其熔点和沸点高，且导热差，直径小，则钨极具有很高温度使得热电子发射容易，所以电弧电压低，焊接电流大，导电时间长；负半波时，工件为负极，其熔点和沸点低，且尺寸大，散热快，电子发射困难，所以电弧电压高，焊接电流小，导电时间短。

由于正负半波电流不对称，在交流焊接回路中存在一个由工件流向钨极的直流分量，这种现象称为电弧的―整流作用‖。

电极和工件的熔点、沸点、导热性相差越大(如钨和铝、镁)，上述不对称情况就越严重，直流分量就越大。

图1.2 交流钨极氩弧焊的电压、电流波形及直流分量
u0-电源电压u a-电弧电压i w-焊接电流i oc-直流分量
U ri-p-正半波重新引弧电压U ri-n-负半波重新引弧电压
直流分量的存在削弱了阴极清理作用，使焊接过程困难，另外，直流分量磁通将使得焊接变压器铁芯饱和而发热，降低功率输出甚至烧毁变压器，为此要降低或消除直流分量。

可以在焊接回路中串接无极性的电容器组，容量按300~400μF/A 计量
3)引弧和稳弧性能差 由于交流氩弧的电压和电流随着时间其幅值和极性在不断地变化，每秒有100过零，因此电弧的能量也是不断地在变化，电弧空间温度随之而改变，电流过零时，电弧熄灭，下半周必须重新引燃，重新引燃所需的电压值与电弧空间气体残余电离度、电极发射电子能力及反向电源电压上升速度有关，因此焊接参数、电弧空间气体介质、电极材料、电源动态特性等对交流氩弧的引弧和稳弧性能有着很大影响。

为了改善其引弧和稳弧性，必须要采取相应的措施。

○
1短路引弧：利用钨极与焊件短暂接触、短路、快速脱开而引弧。

此法便利，但易使钨极沾污、耗损、破坏其端部形状及尺寸，应避免应用。

○2高频引弧：利用高频振荡器产生的高频电压击穿钨极与焊件之间的间隙（3mm 左右），从而可引燃电弧。

但高频发生器的高频振荡也会损坏电源或焊接程序控制系统（包括电脑）内的精密器件，否则需采用防干扰技术措施。

○
3高压脉冲引弧：在钨极与焊件之间加一高压脉冲，使两者之间的保护气体电离而引弧，脉冲幅值≥800V 。

(2) 交流矩形波氩弧焊 这是一种新型的交流氩弧焊，它能很好地改善交流电弧的稳定性，它能很好地改善交流电弧的稳定性，有能合理地分配钨极和工件之间的热量，在满足阴极清理的条件下，最大限度地减少钨极烧损和大的熔透深度。

这种焊接方法包括两种电流波形，如图1.3所示。

通过试验发现占空比β对于铝材的焊接有着重要影响。

β可用下式表示：
%100⨯+=p
n n t t t β (1.1) 式中 t n -周期中负半波时间：
t p -周期中正波时间。

图1.3 交流矩形波氩弧焊
a)矩形波变脉宽b)变极性
t n-负半波时间I n-负半波电流t p-正半波时间I p-正半波时间当β增大时，阴极清理作用加强，但母材得到的热量减少，熔深浅而宽，钨极烧损加大；反之，β减小时，阴极清理作用稍稍减弱尚能满足要求熔深增加，且钨极烧损大为下降。

一般β可在10%~50%范围内调节。

最近通过实验又发现，在工件为负半波时，其电流数值对阴极清理作用影响更大。

如果增大t n半波的电流值(图1.3)，可进一步减少t n时间，满足工件表面去除氧化膜的要求，而使交流氩弧的稳定性大大提高。

钨极的烧损减小到最小程度。

图1.4显示了t n期间其电流大小和时间长短对阴极清理作用的影响。

这种焊接电流波形被称为变极性交流矩形波氩弧焊。

矩形交流氩弧焊的优点是：
1)由于矩形波过零后电流增长快，再引燃容易，和一般正弦波相比，大大提高了稳弧性能
2)可根据焊接条件选择最小而必要的β使其既能满足清理氧化膜的需要，又能获得最大的熔深和最小的钨极损耗。