氬弧焊運用于壓縮機儲液器焊接工藝分析與應用

王小峰

摘 要：本文在介紹氬弧焊接的工藝特點的前提下，結合壓縮機結構中儲液器與支架的材料特性，明確了將其兩者采用焊接固定的相關工藝。該工藝經過實驗檢討，對應產品完成品質評價，最終確定了壓縮機儲液器采用該焊接工藝的可行性。為我司儲液器焊接式樣壓縮機的工藝開發(fā)及量產化生產工藝提供幫助。

關鍵詞：氬弧焊；鎢針；直流正接；壓縮機

1 引言

鎢極氬弧焊，它是使用純鎢或活化鎢電極，以惰性氣體—氬氣作為保護氣的氣體保護焊方法。鎢棒電極只起導電作用不熔化，通電后在鎢極和工件間產生電弧，利用電弧產生的熱量熔化工件的接頭處而形成熔池，熔池冷卻后形成焊縫。這種方法已廣泛應用于對焊縫質量要求較高的高強度鋼、高合金鋼和有色金屬的焊接。

目前，壓縮機結構中，儲液器的固定方式主要均為采用箍帶配合螺釘緊固對應，造成壓縮機儲液器的回轉振動值較大，引發(fā)噪音問題。通過理論分析和實驗檢討，確認儲液器與支架采用焊接固定方式對儲液器的回轉振動及壓縮機的噪音較大的改善。因此，確定一種適合的、有效的焊接方法，對壓縮機制造及其噪音改善有十分重要的作用。

2 鎢極氬弧焊的原理及特點

2.1 鎢極氬弧焊的原理

鎢極氬弧焊是用鎢棒作為電極，采用氬氣進行保護的焊接方法。焊接時氬氣從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及熱影響區(qū)的有害影響，從而獲得優(yōu)質焊縫。

2.2 鎢極氬弧焊的優(yōu)點

由于氬氣是惰性氣體，具有極好的保護作用，能有效地隔絕空氣，保證高溫下被焊金屬中合金元素不會被氧化燒損，同時它本身既不與金屬發(fā)生化學反應，也不溶于液態(tài)金屬，使得焊接過程中熔池的冶金反應簡單易控制，不需要使用焊劑就幾乎可以焊接所有的金屬，焊后不需要去除焊渣，為獲得高質量的焊縫提供了良好條件。

鎢極氬弧焊的電弧非常穩(wěn)定，即使在很小的電流情況下仍可穩(wěn)定燃燒，熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱輸入容易調整，且焊接過程采用氬氣保護無焊渣，且為明弧焊接，電弧、熔池可見性好，便于觀察和操作，適合各種位置焊接，技術容易掌握，也容易實現機械化和自動化。

3 鎢極氬弧焊工藝

3.1 焊接的電源種類與極性

一般根據被焊材料的特性，氬弧焊焊接電源可以選擇直流或交流，而為直流電源時，根據不同的材料，又可以選擇正接法或反接法。采用交流電焊接時，具有陰極破碎作用，在工件為負時，鎢極為正的半周波里，因受到正離子的轟擊，工件表面的氧化膜破裂，使液態(tài)金屬容易熔合在一起，通常用來焊接表面有致密的高熔點氧化膜的鋁、鎂及其合金。

采用直流正極性的工藝方法時，工件接正極，其溫度較高，適于焊接厚工件及散熱快的金屬，鎢極接負極，溫度低，可提高許用電流，用時鎢極燒損小，電弧的穩(wěn)定性較好。

壓縮機結構中，儲液器及其相連接的儲液器支架均為低合金高強度鋼，焊接時所需的熱量較大，電流較高。為了提高鎢極的使用壽命，保證電弧的穩(wěn)定，對應的焊接電源種類與極性，我們確定為采用直流正極性，即采用直流電源，配合工件接電源正極，焊槍接電源負極的工藝方法。

3.2 氬氣的使用

氬氣是一種惰性氣體，在常溫下與其它物質均不起化學反應，在高溫下也不溶于液態(tài)金屬中。焊接時，保護氣體不僅僅是焊接區(qū)域的保護介質，也是產生電弧的氣體介質。為起到良好的保護作用，氬氣的流量也應得到控制。若氬氣流量過小，保護氣流軟弱無力，保護效果不好，易產生氣孔好焊縫被氧化，同時鎢極也容易因氧化而燒損；若氬氣流量過大，容易產生紊流，保護效果也不好，還會影響電弧的穩(wěn)定燃燒。通常，可按下列公式計算氬氣的流量：Q=（0.8～1.2）D

式中：Q—氬氣流量（l/min），D—噴嘴直徑（mm）

對應儲液器焊接工藝檢討時，我們通過觀察焊縫及鎢極形狀和顏色的變化，對氬氣流量設定是否合適進行判斷。焊后鎢極端部為銀白色，則說明保護效果好；如果焊后鎢極發(fā)藍，說明保護效果差。并且，我司采購的焊接設備中，焊槍上噴嘴直徑為φ10mm，最終，在實際工藝確定時，明確氬氣的流量范圍為10±2L/min。

3.3 鎢極的端部形狀及伸出長度

鎢極端部形狀是一個重要焊接參數，根據所用焊接電流種類，可以選擇不同的端部形狀。并且尖端角度的大小會影響鎢極的許用電流、引弧及穩(wěn)弧性能。通常，小電流焊接時，選用小直徑鎢極和小的錐角，可使電弧容易引燃和穩(wěn)定；在大電流焊接時，增大錐角可避免尖端過熱熔化，減小損耗，并防止電弧往上擴展而影響陰極斑點的穩(wěn)定性。

鎢極尖端角度對焊縫熔深和熔寬也有一定影響。隨著尖端角度增加，將引起弧柱擴散，導致熔深減小，熔寬增大；隨著尖端角度減小，弧柱擴散傾向減小，熔深增大，熔寬減小。焊接電流越大，對應上述變化會越明顯。

鎢極伸出長度是指鎢極尖端到鎢極夾那一段鎢極的長度，它不僅影響保護效果，還影響鎢極的最大允許電流。因為這段鎢極傳導焊接電流不僅受電弧熱作用，而且電流流過時，會產生電阻熱，因此，這段長度越長，同一直徑的鎢極的許用電流越小。鎢極伸出長度越短，噴嘴離工件越近，對鎢極和熔池的保護效果越好，但妨礙觀察熔池，并且容易燒壞噴嘴。

3.4 焊接電壓

鎢極氬弧焊的電弧電壓主要是由弧長決定的，而弧長指鎢極尖端與焊接工件之間的距離。弧長增加，電弧電壓增高，焊縫寬度增加，熔深減小，電弧太長電弧電壓過高時，容易引起未焊透及咬邊，而且保護效果不好，引起電極的異常燒損，在焊縫中發(fā)生氣孔。但電弧也不能太短，電弧電壓過低，電弧太短焊絲給送時容易碰到鎢極引起短路，使鎢極燒損，還容易夾鎢。鎢極氬弧焊的電弧長度根據電流值的大小通常選擇1.2～5mm之間。需要填加焊絲時，要選擇較長的電弧長度。

鎢極氬弧焊的焊接電流通常是根據工件的材質、厚度和接頭的空間位置來選擇的，焊接電流增加時，熔深增大，焊縫的寬度和余高稍有增加，但增加很少，焊接電流過大或過小都會使焊縫成形不良或產生焊接缺陷。一般來說，對于焊接電流的大小，可通過參考焊接強度實驗及熔深實驗進行確認。

4 壓縮機焊接的應用

目前，在壓縮機結構中，外部材料較多均為碳鋼板材，相互之間的連接，主要采用二氧化碳氣體保護焊接工藝。而壓縮機上的儲液器，因屬于薄壁材料，且其固定要求對應局部固定即可，若采用二氧化碳氣體保護焊接工藝容易出現焊穿等不良問題。現有的固定方案較多均為采用箍帶配合螺釘緊固的方式對應。

針對該結構，考慮到鎢極氬弧焊工藝的穩(wěn)定性較好，焊接薄壁材料存在較大優(yōu)勢的特點，在儲液器固定方式上采用鎢極氬弧焊即成為可能。

經過前期工藝摸索檢討，針對儲液器固定的鎢極氬弧焊工藝已經得到初步確認，相關的工藝評價結果確認合格。

5 鎢極氬弧焊的有害因素

首先，若采用釷鎢極，其中的釷是放射性元素，但鎢極氬弧焊時釷鎢極的放射劑量很小，在允許范圍之內，危害不大。如果放射性氣體或微粒進入人體作為內放射源，則會嚴重影響身體健康。因此，因盡可能采用放射性劑量極低的鈰鎢極，對應鎢極加工時，應采用密封式或抽風式砂輪磨削，操作者應配戴口罩，手套等個人防護用品，加工后要洗凈手臉。

其次，氬弧焊時，弧柱溫度高，紫外線輻射強度遠大于一般焊條電弧焊，因此在焊接過程中會產生大量的臭氧和氧氮化物，尤其臭氧的濃度遠遠超出參考衛(wèi)生標準。如不采取有效通風措施，這些氣體對人體健康影響很大，是氬弧焊最主要的有害因素。因此，氬弧焊的工作現場要有良好的通風裝置，以排出有害氣體及煙塵。

6 結語

本文主要通過闡述鎢極氬弧焊工藝的特點，結合壓縮機儲液器與支架的材料特性，明確了該焊接工藝的主要方向。同時，將該焊接工藝運用于實驗檢討，通過相關的品質評價，確認了焊接工藝的有效性。最終，使氬弧焊工藝在壓縮機儲液器與支架的固定方式上成功實施。為儲液器焊接式樣壓縮機的工藝開發(fā)及量產化制造，掃清了工藝障礙。

參考文獻：

[1]焊接學會.焊接手冊第一卷[M].北京；機械工業(yè)出版社，2008.1.1.