氩气电弧燃烧和TIG焊的特点

1.氩气中电弧燃烧的特点

气体的性质是由气体的原子结构决定的。气体电离的难易可用其电离势来表示，电离势高的气体表示这种气体难电离，意味着导电困难；电离势低的气体则表示这种气体容易电离和导电。气体的电离势以电子伏特或伏特表示。不同金属及气体的电离势见表4-1。

表4-1 一些金属及气体的电离势

氩气的电离势为15.7V，比一般金属的电离势高，与其他气体相比也比较高，可见氩气是很难电离的，这意味着氩气中的电弧不易引燃。

氩气还有另外一个特点，它的比热容及热导率较小，也就是氩气的散热能力较差。氩为单原子气体，温度升高后可以直接电离为电子和正离子，而不像其他双原子或多原子气体具有高温分解作用，其对电弧的冷却作用差，同时它与He、H相比，原子体积大，在高温下的运动和扩散速度比较慢，从而它的散热能力差，比热容及热导率都很小，见表4-2。

表4-2 几种气体的热物理性能对比

这样，氩气容易使弧柱保持较高的温度，维持电弧燃烧不需要很高的电场强度。这一点对稳弧是有利的，在所有气体中氩气的稳弧性最好。

氩弧焊时，焊接电弧即使在低电压、小电流时也十分稳定，一般电弧电压数值只有8～15V。图4-2所示为氩及氦保护气体中电弧的静特性曲线。可见氦气将显著增加电弧电压数值，同时使电弧收缩，电弧能量密度增大，氦气电弧的产热量要大于氩气中电弧的产热量，氦气保护更适合于大厚度、高导热性材料、热敏感材料的焊接。用氦气保护时，铝合金可以采用直流正接进行焊接。

图4-2 氩气与氦气的电弧静特性

在氩和氦中加氢能提高电弧电压数值及电弧的能量密度，但氢对许多金属及合金会产生有害作用，因此实际生产中只能有限地用于不锈钢及镍基合金的薄件焊接。

不同金属钨极氩弧焊时，电弧电压的数值是不一样的。导热性好的铜、铝合金与导热性差的不锈钢相比，铜、铝合金电弧电压的数值较高。当焊接电流较大时，如大于100A电流，这种差别将减小。(www.xing528.com)

从上述分析可以看出，电弧在氩气中燃烧有以下两个特点：

1）由于氩气的电离势很高，开始引燃电弧时钨极处于冷的状态，钨的逸出功较高，又不允许钨极与焊件接触，以免烧损钨极与焊件，所以钨极氩弧焊的引弧是很困难的，必须采取特殊的引弧措施。

2）电弧一旦引燃后，直流电弧在氩气中可以稳定燃烧。由于氩气的导热性差，稳弧条件好，氩气中电弧的电场强度低，因此电弧电压的数值也比其他焊接方法的低。

2.TIG焊的优缺点

根据上述分析可知TIG焊的优缺点如下：

1）惰性气体有较好的保护作用，它本身既不与金属发生任何化学反应，也不溶解于高温液体金属中，使得焊接过程熔池的冶金反应简单，容易控制。对于一般易氧化、氮化的活泼金属、高熔点的黑色金属都能进行焊接，应用范围很广。

2）焊接电流在10～500A范围内电弧都很稳定，电弧电压仅为8～15V。填充金属是通过电弧间接加热，因而对热输入量的调节很容易，可以进行薄板全位置焊接以及精密焊接等，TIG焊也是进行单面焊双面成形的理想方法，所以在多层焊时往往用来作为打底焊。

3）由于填充焊丝不通过焊接电流，不存在熔滴过渡问题，焊接过程中没有飞溅，焊缝成形美观。

4）氩气在焊接过程中仅仅起单纯的保护隔离作用，因此对焊件表面的状态要求较高。焊件在焊前要进行表面清洗，包括脱脂、除锈、去灰尘等。

5）钨极承载电流的能力有限，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出现夹钨，所以TIG焊的焊接电流会受到钨极的限制，故焊接速度较小，生产率较低。

6）TIG焊采用的氩气纯度较高，通常要求达到99.8%（体积分数）以上，且氩弧焊机结构较复杂，因此TIG焊成本较高。

7）氩弧受周围气流影响较大，不适宜在室外和有风处进行操作。

TIG焊几乎可用于所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于铝、镁、钛、铜等有色金属以及不锈钢、耐热钢等的焊接。