鎢極氬弧焊的電流種類研究

（ 遼寧工程職業學院，遼寧 鐵嶺 112000）

鎢極氬弧焊的電流種類研究

劉子建

（ 遼寧工程職業學院，遼寧 鐵嶺 112000）

本文簡要介紹了鎢極氬弧焊的基本原理，直流電、交流電和脈沖電在鎢極氬弧焊時的作用特點。并對直流反極性有陰極破碎功能，交流電的直流分量進行論述，為鎢極氬弧焊時選擇電流種類提供依據。

鎢極氬弧焊；直流正極性；直流反極性；交流電；脈沖電流

1 鎢極氬弧焊簡介

鎢極氬弧焊又叫TIG焊，用鎢棒作為電極，利用氬氣或氬氣的混合氣作為保護氣體進行焊接的一種氣體保護焊方法，焊接時鎢極、溶池、電弧和工作物臨近受熱區域在由惰性氣體氬氣或氬氣的混合氣保護之下與空氣隔離，氬氣是惰性氣體，比空氣密度大，能充分保護金屬熔池不氧化，保護效果好，焊接質量較高。幾乎所有金屬材料都可以進行氬弧焊，適宜焊接化學性能活潑的金屬和合金，如鋁、鎂、鈦、鈦及其合金以及難熔的活波金屬。由于鎢極的載流能力有限，電功率受到限制，致使焊縫熔深淺，一般只用于焊接厚度在6mm以下的工件。鎢極氬弧焊的焊接質量好壞在很大程度上依賴于正確工藝參數選擇，電流是重要操作條件。有三種電流可供選擇直流、交流和脈沖電流，下面進行論述。

2 直流TIG焊

2.1 直流正極性

直流正極性時，焊件接正極，鎢極接負極。在電弧燃燒時，由于鎢極熔點很高，熱發射能力強，發射很多高能電子，焊件接受電子轟擊放出的全部動能和逸出功，產生大量熱，因此電弧燃燒穩定性好，熔池深而窄，生產率高，焊件的收縮和變形都小。由于鎢極發射電子需付出大量的逸出功，所以鎢極上產熱少，不宜過熱，燒損少。但他沒有陰極破碎功能，無法進行活波金屬的焊接。所以除鋁、鎂及其合金外，直流TIG焊一般均采用直流正極性接法進行焊接。

2.2 直流反極性

直流反極性時，電極棒連接電焊機正極，且工件接負極。焊接時電子流從工件流向電極棒，同時工件熔點一般較低，電子發射較難，工件上只有溫度較高處發射電子， 形成陰極斑點，由于鋁、鎂及其合金表面易形成一層氧化物保護膜，他們逸出功低 ，陰極斑點會自動尋找有氧化膜的地方，當陰極斑點受到弧柱中來的正離子流的強烈撞擊時，動能轉化為內能，氧化膜很快被氣化破碎，這樣就會把焊接區表面的氧化膜清除掉，減小夾雜的產生。這種現象稱為陰極破碎。如果沒有陰極破碎功能，由于氧化物的熔點2050℃遠高于純金屬的熔點657℃，用一般方法很難消除表面氧化層，就會使焊接無法順利進行，夾雜現象嚴重，若使用直流反極性焊接，焊縫就會成形良好夾雜基本消除。

反極性電流的熱作用對陰、陽極不一樣，電弧中產生熱量較約有2/3的熱量作用于陽極，容易使鎢極過熱，工件上只有1/3的熱量，作用于工件熱量少，使焊道又寬又淺，且效率低，故實際焊接時不常使用。多在實驗室中研究陰極破碎功能時使用此種電流。

2.3 焊接機的極性判斷

在自動鎢極氬弧焊中，會發生以錯誤極性開始焊接操作的危險。在手操作焊接中，會偶然的改變焊接機端頭的連接而顛倒極性，最好在開始焊接之前，先試驗極性，可避免電極性可能損壞。試驗方法是使用手工焊條電弧焊接的手把線接于線路上，試驗極性，以反極性，全位置手工焊條電弧焊焊條起弧（E6010級），如果極性是正的、則電弧具強烈且有力的嘶嘶聲；真正反極性E6010的電弧不會具有力的劈啪聲。

3 交流TIG焊

3.1 交流電對焊接的影響

交變電流電流方向時刻在變化，每秒鐘轉換電流方向120次，正極性半波時，由于電弧熱作用的特點，對陰極的熱量小于對陽極的熱量，可以緩解鎢陰極過熱的現象。同時工件的陽極得到較多的熱量，可以提高焊接的熱效率。再者鎢極是陰極，電子發射能力較強強，可以起到穩定電弧的作用。反極性半波時時，具有陰極破碎功能，可以消除或撥金屬表面的氧化物保護膜，因此它兼具直流正極性電弧穩定、熱效率高和直流反極性的破除氧化物保護膜的優點。在焊接鋁、鎂及其合金時多采用此法。

3.2 交流電的直流分量

交變電流電流方向時刻在變化，電壓的數值也由最大的正值變化至最大的負值，且每發生一次變化，電弧熄滅再點燃一次；傳統的電弧焊接變壓器無法產生高至足以在電弧熄滅后重新點燃電弧的電壓，需要使用具有足夠的固有電壓之變壓器，或者附加高頻電流于電弧上，使電弧能夠方便地再次點燃，穩定電弧。 由于電壓的正和負半周期電弧產生的電流阻力不一樣，使正極性時電流較大，反極性時電流較小，引起不平衡的電流正弦波，相當于直流電上疊加一個交流電。產生的直流分量，引起電弧飄動和不穩定，鎢極過熱使鎢極燒損加大，也會使變壓器的鐵損、銅損加大，陰極破碎功能降低。鎢極氬弧焊使用較老式的變壓器，具有整流功能，但沒有新式的平衡波形組件。可使用平衡波形變壓器消除整流作用和其有害的效應，此組件加入一電容器串聯于焊接電路中此電容器的電容量容許交流的焊接電流有效的流過，但阻止直流部分電流通過，這些組件通常被設計為具有100～150伏特范圍的開路電壓，需高頻電流起弧，廣泛的被使用于焊接鋁合金和鎂合金的焊接。

4 脈動TIG焊

脈動電流是斷續的，它以高的電流上升與衰退速率和高的重復脈動速率操作，具較緩慢脈動電流，電流期間電壓穩定，電弧壓力大易使母材熔化，在較低的基值電流期間電弧不滅，但放出熱量較少，使熔池結晶。這樣既可以避免電流燒穿的現象，又能克服電流不穩，保證焊接過程順利進行。脈沖電流根據波形不同有矩形波、正弦波和三角波之分。無論哪種波形都具有電弧壓力大、挺度好、熱輸入低且便于精確控制，同時脈沖電流對熔池的攪拌作用可改善焊縫組織及外觀成型。因此，脈沖電流特別適用于熱敏感性強的材料或薄件、超波件焊接或中厚板開坡口多層焊的第一層打底焊。

結語

鎢極氬弧焊時，直流正極性電弧穩定，效率高，反極性時能產生陰極破碎功能，交流電兼有直流正極性和反極性的優點。在焊接時鎂、鋁等活潑金屬及其合金時選用交流電源，其他金屬多選用直流正極性連接，而對于厚度特別小的金屬，可考慮采用脈沖電流。

[1]王長忠.焊工工藝與技能訓練[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007（07）：181-183.

[2]邱葭菲.焊工工藝學[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005（06）：37-39.

TG43 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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