氩弧焊焊接原理及焊接技术

氩弧焊焊接原理及焊接技术氩弧焊是惰性气体保护焊（用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称为气体保护焊。

气体保护焊是用特殊的焊炬或焊枪，不断通以某种气体，使电弧和熔池与周围的空气隔离，从而保证获得优质焊接接头的焊接方法。

）应用非常广泛。

氩气是一种比较理想的保护气体，比空气重25％。

氩弧焊具有以下优点：其一，氩气是最稳定的惰性气体之一，焊接时能在电弧周围形成一圈稳定的气流层，防止空气进入焊接区域，保护熔焊金属不被氧化和氮化，同时氩气本身也不溶于金属或与金属发生任何化学反应，因而一般不会出现气孔和合金元素烧损，焊接质量较高。

氩弧焊在化学性质活泼的有色金属和对焊缝要求严格的合金钢、碳素钢结构焊接中广泛应用。

其二，氩弧具有较好的电弧稳定性，氩气是单原子气体，热容量小，导热率低，热量消耗少，对电弧稳定燃烧十分有利，就是在小焊接电流和长弧的条件下，电弧仍很稳定，操作方便，质量容易控制。

同时氩弧还具有明显的阴极雾化作用，由于氩气为单原子气体，电离时直接离解为电子和正离子，当直流反接时，正离子对工件表面轰击，促使工件表面的氧化膜破碎，起到了电弧对工件表面进行清洗的作用。

在焊接铝、镁及其合金等有色金属时，既提高焊接质量又简化了工艺过程，使焊缝表面光洁美观。

氩气的缺点是电离电势较高。

当电弧空间充满氩气时，电弧的引燃较为困难，但电弧一旦引燃后就非常稳定。

氩弧焊具体分为钨极氩弧焊、钨极脉冲氩弧焊、熔化极氩弧焊、熔化极脉冲氩弧焊等。

其中以手工钨极氩弧焊应用最广。

手工钨极氩弧焊属于非熔化电极氩弧焊，它利用钨棒作为电极，依靠手工操作，使钨极和工件之间产生电弧，并用氩气严密地保护钨极、焊丝和熔池进行焊接。

焊丝用手工加入，电源可用直流或交流。

一、焊接设备手工钨极氩弧焊的焊接设备一般包括电源、控制系统、供气系统、焊枪等，其系统图如图所示。

1.焊接电源焊接电源有交流和直流两种，一般用交流电。

2.控制系统一般包括引弧装置、稳弧装置、电磁气阀、电源开关、指示仪表等。

（1）高频引弧器氩气是一种较难电离的气体，所以引弧比较困难。

高频引弧器是通过在钨极与焊件之间另加的调频高压电击穿钨极与焊件之间的间隙而引弧的。

（2）延时线路它的作用是控制供气系统，通过对电磁气阀的延时控制，使氩气滞后关闭。

（3）脉冲稳弧器：当采用交流电流时，焊接电流过零电位改极性时，在负半坡开始瞬间用一个外加脉冲电压使电弧重复引燃从而达到稳弧目地。

（4）WSM-250A型氩弧焊机控制面板及调整①“电流表”指示焊接电流的大小。

②手工焊：转换开关拨到“手工焊”,基值电流调到最大，焊机这时相当于一台直流电焊机，根据焊件调节“电流调节”，电源极性。

③氩弧焊：当“基值电流”比“电流调节”调整的大时，电流稳定在“电流调节”值输出，电弧大小稳定。

当“基值电流”比“电流调节”调整的小时，电流输出大小变化，呈脉冲焊接，电弧大小规律变化。

④“脉冲占空比”指大电流焊接时间占电流大小变化一次总时间的比例。

⑤“脉冲频率”指电流大小变化的快慢，单位“Hz”。

如：脉冲占空比调到0.6,假设电流大小变化一次总时间为10秒，大电流输出时间占6秒，小电流输出时间占4秒。

脉冲频率越大，总时间“T”越短，但无论频率怎样调，只要占空比不变，大电流输出时间就占总时间的60%。

⑥“延气调节”调节滞后关气的时间，从1s－10s调节。

⑦“输出＋”接地线，“输出－”接焊枪时，为直流正接，即焊件接正极、钨极接负极。

焊接时由于电子从钨极向焊件高速冲击，钨极温度低，焊件温度高，所以有较大的熔深。

钨极允许通过较大的电流，用于焊接低碳钢、合金钢、钛及钛合金、铜及铜合金、银。

反之，为直流反接，即钨极接正极、焊件接负极。

焊接时电子从焊件向钨极冲击，使钨极温度升高、损耗增大，电弧不稳；而焊件温度则较低，熔池较浅。

但由于氩正离子向熔池表面冲刷，能使焊件表面氧化膜破碎，称之为阴极雾化作用，最适合于铝、镁及其合金的焊接。

（5）后面板：3.供气系统（1）氩气瓶氩气瓶外表涂灰色，并标以“氩气”字样。

氩气瓶的最大压力14.7Mpa，容积为40L。

氩气瓶是氩弧焊的气源，使用时瓶内氩气不得用完，需留l－2个表压力(1个表压力—0．1MPa)，以免空气进入瓶内，造成下次氩气不纯。

（2）减压器及流量计减压器和气体流量计通常做成一体，气体流量计是标定通过气体流量大小的装置。

由锥形玻璃管内的金属浮子漂浮的高度指示氩气流量的大小，流量越大，浮子位置越高，其数值可直接从玻璃管刻度上读出（单位L/min）。

流量大小调节时将焊机电源接通，按住焊枪开关，旋转“调节旋钮”调节气体流量。

（3）电磁气阀电磁气阀是一般的通用元件，是以电信号控制气体通断的装置。

4.焊枪焊枪的作用是夹持钨极、传导焊接电流和输送氩气。

（1）焊枪的内部零件常用纯铜或黄铜制造，导电和散热好。

（2）焊枪的喷嘴是重要部件，其形状对气流的保护性能影响极大，为了使出口处获得较厚的气流层，取得良好的保护效果，常用喷嘴的上部有较大的空间作为缓冲室，以降低气流的速度。

下部出口端锥形部分有集中气流的作用。

喷嘴材料有陶瓷、纯铜和石英。

高温陶瓷喷嘴既绝缘又耐热，应用非常广泛，但通常焊接电流不能大于350A。

纯铜嘴使用电流可能达到500A，但需用绝缘套将喷嘴与电气部分隔离。

石英喷嘴较贵，但焊接时可见度好。

（3）内部钨极轧头分型号大小，与钨极型号配套。

（4）钨极。

常用钨极材料有三种：纯钨极、钍钨极和铈钨极。

钨极种类钨极直径/mm 最大允许焊接电流（A）纯钨极钍钨极铈钨极1．0 20—60 15—80 20—801．6 40—100 70—150 50—1602．0 60—150 100—200 100—2002．5 130—230 170—250 170—2503．2 160—310 225—330 225—3304．0 275—450 350—480 350—480①纯钨极。

要求焊机具有高的空载电压；另外，极易烧损，电流越大烧损越严重。

但因为它破损氧化膜的作用好，特别是用交流电焊接铝、镁及其合金时，希望用纯钨极，另外，每次断弧后纯钨极端头发光部分仍能持续发光5－6s，有利于焊工估计施焊位置，而不必移开面罩。

②钍钨极。

具有较高耐熔性，用交流电时，许用电流值比同直径的纯钨极可提高1.3倍，空载电压可大大降低。

但钍钨极的粉尘具有微量的放射性，因此在磨削电极时，要注意防护。

③铈钨极。

比钍钨极具有更大的优点，弧束细长。

热量集中，电流密度还可以提高5％－8％；燃损率低，寿命长；易引弧，电弧稳定；放射剂量极低。

可用小电流焊接薄板工件，再者铈钨极端头形状易于保持，因而得到广泛应用。

④钨极的端头的形状和角度对电弧的稳定性、使用寿命及焊缝形状都有很大影响。

钨极端头形状主要有：尖锥形、圆弧形、平头形和平顶锥形。

如图所示：尖锥形钨极——用于直流正接，用小电流焊接薄板和卷边对接接头，电弧稳定，焊缝较窄，当薄钢板对接接头不加填充金属丝时，不宜采用尖锥形钨极，当钨极磨得过尖时，易咬边，弧坑下塌。

平头形纯钨极——用于直流反接，焊接铝镁及其合金。

平顶锥形钨极——用于直流正接，电弧集中，燃烧稳定，焊缝成型良好，平顶部的直径由所用电流决定，焊接电流较小时，直径小些，焊接电流较大时，直径可大些，一般平顶部直径为钨极直径的1／2－1／5，锥体部分长度为钨极直径的3～5倍。

钨极端头角度一般300较好，电弧集中，燃烧稳定，熔深大，使用寿命长，推荐用于薄板的焊接。

900以上夹角时，电弧较分散，用于厚板的焊接。

二、焊接工艺手工钨极氩弧焊的操作工艺，包括引弧、填丝焊接、收弧等操作。

1.焊前清理焊接时必须把填充金属丝、坡口表面及周围一定宽度范围内的油垢、污物及氧化膜等完全去除。

清理方法：清除油垢，常用汽油、乙醇、丙酮等擦洗或用溶剂除油；清除氧化皮，可采用机械方法，如不锈钢等用砂纸打磨，对铝及其合金可用钢丝刷或用刮刀清除坡口表面及其附近两侧的氧化皮，再有，也可采用化学方法；焊接钛合金零件时，为了减少氢脆的危险，提高焊缝塑性，必要时焊件和焊丝在焊前作真空退火。

2.引弧引弧的方法常用的有短路引弧、高频引弧、高压脉冲引弧等。

①短路引弧即钨极与焊件瞬间短路，立即稍稍提起，在焊件和钨极之间产生电弧的方法。

短路引弧法的缺点是：由于产生很大的短路电流，产生粘结，破坏了钨极端头的形状，有时会产生夹钨现象。

②高频引弧是目前手工钨极氩弧焊广泛采用的引弧方法。

高频引弧是利用高频引弧器把普通工频交流电转换为高频高压电，当钨极与焊件之间有5mm 以下的间隙时即把氩气击穿电离，从而引燃电弧的方法。

高频引弧的缺点是，高频高压电容易窜到焊接电源或控制系统中去，干扰或破坏元件的正常工作程序，乃至击穿元件。

使用高频引弧器应注意：连接导线应尽可能短，以减少损失。

③高压脉冲引弧其引弧原理与高频引弧相同，但高压脉冲引弧器供给的电流是高压脉冲电流，对焊工的健康无影响。

高压脉冲引弧的击穿间隙小于高频引弧。

3. 氩气保护效果手工钨极氩弧焊时氩气连续地由喷嘴中流出，将周围的空气排开，将电弧和焊接区域保护起来。

由于氩气保护层是柔性的，极易受外界因素干扰，其保护效果常受下列因影响。

（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、氮化，使焊缝变脆变硬，破坏其气密性。

是不同焊件材质手工钨极氩弧时对氩气纯度的要求。

母材材质氩气纯度（体积分数）不锈钢铝、镁及其合金耐高温合金钛、钼、铌、锆及其合金>99.7%>99.9%>99.95%99.98%（2）氩气流量：当喷嘴直径不一，氩气流量增加时，氩气保护层抵抗流动空气影响的能力也增加。

若氩气流量过大，不仅浪费氩气，而且使保护层产生紊流，反会使空气卷入，降低保护效果。

（3）喷嘴直径：喷嘴直径与氩气流量同时增加，则扩大保护区，保护效果更好，但喷嘴直径过大时不仅增加氩气的消耗，而且对有些位置，可能因喷嘴过大而不易焊接或影响焊工视线，因此常用的喷嘴直径取8—20mm为宜。

（4）焊接速度：氩气保护层是柔性的，当遇到侧向空气吹动或焊接速度过快，则氩气气流会变曲，使保护效果减弱。

另外由于焊接速度太快，会使正在凝固和冷却的焊缝金属被氧化。

因此用手工钨极氩弧焊焊接时应注意气流的干扰以及合适的焊接速度。

（5）喷嘴至焊件的距离：喷嘴与焊件越远，则空气越容易沿焊件的表面侵入熔池，保护气层也会受到流动空气的影响而发生摆动，使气体的保护效果降低。

喷嘴与焊件的距离越近，保护效果越好，但是太近将影响焊工的视线，因此通常喷嘴至焊件的距离取5—15mm。

4.坡口形式焊件厚度/mm 1．5—3．0 3．0—6．0 6．0—12．0坡口形式I形V形X形焊接电流/A 50—110 70—130 9—150电弧电压/V 9—13 9—14 10—15电源极性直流正接钨极直径1．6—2．5 1．6—2．5 2．0—3．2焊丝直径/mm 1．6—2．0 2．0—2．5 2．5—30氩气流量/（L/min）6—9 7—10 9—14喷嘴直径/mm 8—12 10—15 12—18伸出长度/mm 3—5 3—5 3—6焊接速度（mm/min）150—210 150—210 150—2105.焊丝、焊枪与焊件之间的角度：用手工钨极氩弧焊焊接时，焊枪、焊丝焊件之间必须保持正确的相对位置，这由焊件形状等情况来决定。