钨极氩弧焊

钨极氩弧焊的电流种类和极性

钨极氩弧焊的电流种类和极性

钨极氩弧焊时，焊接电弧正、负极的导电和产热机构与电极材料的热物理性能有密切关系、从而对焊接工艺有显著影响。下面分别讨论采用不同电流种类和极性进行钨极氩弧焊的情况。

一、直流钨极氩弧焊

直流钨极氩弧焊时，电流极性没有变化，电弧连续而稳定，按电源极性的不同接法，又可将直流钨极氩弧焊分为直流正极性法和直流反极性法两种方法。

1．直流正极性法

直流正极性法焊接时，焊件接电源正极，钨极接电源负极。由于钨极熔点很高，热发射能力强，电弧中带电粒子绝大多数是从钨极上以热发射形式产生的电子。这些电子撞击焊件（负极），释放出全部动能和位能（逸出功），产生大量热能加热焊件，从而形成深而窄的焊缝。该法生产率高，焊件收缩应力和变形小。另一方面，由于钨极上接受正离子撞击时放出的能量比较小，而且由于钨极在发射电子时需要付出大量的逸出功，所以钨极上总的产热量比较小，因而钨极不易过热，烧损少；对于同一焊接电流可以采用直径较小的钨极。再者，由于钨极热发射能力强，采用小直径钨棒时，电流密度大，有利于电弧稳定。

综上所述，直流正极性有如下特点：

1）熔池深而窄，焊接生产率高，焊件的收缩应力和变形都小。

2）钨极许用电流大，寿命长。

3）电弧引燃容易，燃烧稳定。

总之，直流正极性优点较多，所以除铝、镁及其合金的焊接以外，钨极氩弧焊一般都采用直流正极性焊接。2．直流反极性法

直流反极性时焊件接电源负极，钨极接正极。这时焊件和钨极的导电和产热情况与直流正极性时相反。由于焊件一般熔点较低，电子发射比较困难，往往只能在焊件表面温度较高的阴极斑点处发射电子，而阴极斑点总是出现在电子逸出功较低的氧化膜处。当阴极斑点受到弧柱中来的正离子流的强烈撞击时，温度很高，氧化膜很快被汽化破碎，显露出纯洁的焊件金属表面，电子发射条件也由此变差。这时阴极斑点就会自动转移到附近有氧化膜存在的地方，如此下去，就会把焊件焊接区表面的氧化膜清除掉，这种现象称为阴极破碎（或称阴极雾化）现象。

阴极破碎现象对于焊接工件表面存在难熔氧化物的金属有特殊的意义，如铝是易氧化的金属，它的表面有一层致密的A12O3附着层，它的熔点为2050℃，比铝的熔点（657℃）高很多，用一般的方法很难去除铝的表面氧化层，使焊接过程难以顺利。若用直流反极性钨极氩弧焊则可获得弧到膜除的显著效果，使焊缝表面光亮美观，成形良好。但是直流反极性时钨极处于正极，钨极氩弧焊阳极产热量多于阴极（有关资料指出：2/3的热量产生于阳极，1/3的热量产生于阴极），大量电子撞击钨极，放出大量热量，很容易使钨极过热熔化而烧损，使用同样直径的电极时，就必须减小许用电流或者为了满足焊接电流的要求，就必须使用更大直径的电极；另一方面，由于在焊件上放出的热量不多，使焊缝熔深浅，生产率低。所以钨极氩弧焊中，除了铝、镁及其合金的薄件焊接外，很少采用直流反极性法。

二、交流钨极氩弧焊

交流钨极氩弧焊时，电流极性每半个周期交换一次，因而兼备了直流正极性法和直流反极性法两者的优点。在交流负极性半周里，焊件金属表面氧化膜会因“阴极破碎”作用而被清除；在交流正极性半周里，钨极又可以得到一定程度的冷却，可减轻钨极烧损，且此时发射电子容易，有利于电弧的稳定燃烧。交流钨极氩弧焊时，焊缝形状也介于直流正极性与直流反极性之间。实践证明，用交流钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金能获得满意的焊接质量。

但是，由于交流电弧每秒钟要100次过零点，加上交流电弧在正负半周里导电情况的差别，又出现了交流电弧过零点后复燃困难和焊接回路中产生直流分量的问题。必须采取适当的措施才能保证焊接过程的稳定进行。

综上所述，钨极氩弧焊既可以使用交流电流也可以使用直流电流进行焊接，对于直流电流还有极性选择的问题。焊接时应根据被焊材料来选择适当的电流和极性。

三、脉冲钨极氩弧焊

脉冲钨极氩弧焊与一般钨极氩弧焊的区别在于采用可控的脉冲电流来加热焊件，以较小的基值电流来维持电弧稳定燃烧。当每一次脉冲电流（也称峰值电流）通过时，焊件上就产生一个点状熔池，当脉冲电流停歇时，点状熔池冷却结晶。因此，只要合理地调节脉冲间歇时间，保证焊点间有一定的重叠量，就可获得一条连续气密的焊缝。

脉冲钨极氩弧焊有交流、直流之分，而根据波形不同又有矩形波、正弦波，三角波（图5-12）三种基本波形。无论哪种波形，脉冲钨极氩弧焊都具有以下的基本特点：

（1）电弧压力大、挺度好，可明显地改善电弧的稳定性。薄件焊接要求较小的焊接电流，但此时电弧不稳定，甚至很难正常焊接。而在脉冲焊的脉冲电流Ｉp期间，电弧稳定、电弧压力大，指向性好，易使母材熔化。在较低的

基值电流Ib期间可维持电弧不灭，使熔池凝固结晶。这样，大、小电流不断地交替，被焊件焊缝处相应地熔化、凝固，既可避免大电流烧穿的现象，又能克服小电流电弧不稳的问题，这样便能保证焊接过程的顺利进行。

（2）可控制对母材的热输入及控制焊缝成形

通过脉冲焊接参数（脉冲电流Ip、基值电流Ib、脉冲频率f等）的调节可精确地控制电弧能量及其分布，从而控制母材的线能量，获得均匀的熔深和焊缝根部均匀熔透，能很好地实现全位置焊接和单面焊双面成形。

（3）脉冲电流对熔池的搅拌作用可改善焊缝组织及外观成形脉冲钨极氩弧焊时，电流的变化造成电弧压力的变化，对熔池的搅拌作用增强，使焊缝金属组织细密并有利于消除气孔、咬肉等缺陷。

（4）裂纹倾向小焊接过程熔池金属冷却快，高温停留时间短，可减少热敏感材料焊接时产生裂纹的倾向。

（5）电弧热输入低采用脉冲电流可减小焊接电流的平均值，获得较低的热输入。因此利用脉冲钨极氩弧焊，可焊接薄板或超薄件。用它焊接厚度小于0.1 mm的薄钢板仍能获得满意的效果。

由于上述特点，使脉冲钨极氩弧焊特别适于焊接热敏感性强的金属材料或薄件、超薄件、全位置、窄间隙以及中厚板开坡口多层焊的第一层打底焊。