手工钨极氩弧焊焊接参数优化

手工钨极氩弧焊的焊接参数主要有焊接电源的种类和极性、钨极直径、焊接电流、电弧电压、氩气流量、焊接速度、喷嘴直径及喷嘴至焊件的距离和钨极伸出长度等。

1.焊接电源的种类和极性

钨极氩弧焊可以使用直流电源和交流电源，采用哪种电源是根据被焊材料来选择的。对于直流还存在极性的选择问题。不同材料与电源和极性的选择见表12-3。

表12-3 不同材料与电源和极性的选择

（1）直流正极性 钨极氩弧焊采用直流正接时（即钨极为负极、焊件为正极），由于电弧在焊件阳极区产生的热量大于钨极阴极区，致使焊件的熔深增加，焊接生产率高，焊件的收缩和变形都小，而且钨极不易过热与烧损。所以对于同一焊接电流可以采用直径较小的钨极，使钨极的许用电流增大。同时电流密度也大，使电子发射能力增强，电弧燃烧稳定性要比直流反接时好。除焊接铝、镁及其合金外，一般均采用直流正极性接法进行焊接。

（2）直流反极性 钨极氩弧焊采用直流反接时（即钨极为正极、焊件为负极），由于电弧阳极温度高于阴极温度，使接正极的钨极容易过热而烧损，为了不使钨极熔化，需限制钨极的许用电流，同时焊件上产生的热量不多，因而焊缝有效厚度浅而宽，焊接生产率低。所以直流反接的热作用对焊接过程不利，钨极氩弧焊时，除了焊接铝、镁及其合金薄板外，很少采用直流反接。然而，直流反接有一种去除氧化膜的作用，一般称为“阴极破碎”作用。这种作用在交流电反极性半周波中也同样存在，它是焊接铝、镁及其合金的有利因素。在焊接铝、镁及其合金时，由于金属的化学性质活泼，极易氧化，形成熔点很高的氧化膜（如Al₂O₃，熔点为2050℃，而铝的熔点为657℃），焊接时氧化膜覆盖在熔池表面，阻碍基体金属和填充金属的良好熔合，无法使焊缝很好成形。因此，必须把被焊金属表面的氧化膜去除才能进行焊接。

当用直流反接焊接时，电弧空间的氩气电离后形成大量的正离子，由钨极的阳极区飞向焊件的阴极区，撞击金属熔池表面，可将这层致密难熔的氧化膜击碎，以去除铝、镁等金属表面的氧化膜，使焊接过程顺利进行，并得到表面光亮、成形良好的高质量焊缝，这就是在反接极性时电弧所产生的“阴极破碎”作用。而在直流正接焊接时，因为焊件的阳极区只受到能量很小的电子撞击，没有去除氧化膜的条件，所以不可能有“阴极破碎”作用。直流反接时虽能将被焊金属表面的氧化膜去除，但钨极的许用电流小，同时焊件本身散热很快，温度难以升高，影响电子发射的能力，使电弧燃烧不稳定。因此，铝、镁及其合金应尽可能使用交流电来焊接。

（3）交流电极性 由于交流电极性是不断变化的，这样在交流正极性的半周波中（钨极为阴极），钨极可以得到冷却，以减小烧损。而在交流负极性的半周波中（焊件为阴极）有“阴极破碎”作用，可以清除熔池表面的氧化膜。使两者都能兼顾，焊接过程可顺利进行。实践证明，用交流电焊接铝、镁等金属是完全可行的。但是，采用交流焊接电源时，需要采取引弧、稳弧的措施和消除所产生的直流分量。电弧电压波形与电源空载电压波形相差很大，虽对电弧供电的空载电压是正弦波，但电弧电压波形不是正弦波，而是随着电弧空间和电极表面温度发生变化。

由于交流电的焊接电流每秒有50次正、负极性变换，即电流每秒有100次通过零点，在每次经过零点时，电弧将瞬时熄灭，然后再重新引燃，电弧再引燃要求有一定的引燃电压，一般都比正常的电弧电压要高，所以当极性换向时，电源空载电压必须超过一定的引燃电压，电弧才能重新复燃。用交流电进行焊接时，焊件和钨极的极性不断变换。当正半波时，钨极为负极，由于钨极的熔点高，热导率低，且断面尺寸小，可使电极端都加热到很高的温度，同时热量损失少，这样钨极容易维持高温，电子发射能力强，因此，电弧电流较大，电弧电压较低，对引燃电压的要求不高，而在交流的负半波时，焊件为负极，由于焊件的熔点低，导热性能好，断面尺寸又大，以致金属熔池表面不能加热到很高的温度，电弧在焊件上产生的热量较少，使电子发射能力减弱，所以电弧电流较小，电弧电压及再引燃电压都较高。也就是说负半波时，电弧的重新引燃困难，电弧稳定性很差。

2.焊接电流

钨极氩弧焊的焊接电流通常是根据工件的材质、厚度和接头的空间位置来选择的，焊接电流增加时，熔深增大，焊缝的宽度和余高稍有增加，但增加较小。焊接电流过大或过小都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。

3.电弧电压

钨极氩弧焊的电弧电压主要是由弧长决定的，弧长增加，电弧电压增高，焊缝宽度增加，熔深减小，电弧太长、电弧电压过高时，容易引起未焊透或咬边，而且保护效果不好。但电弧也不能太短、电弧电压过低，电弧太短，焊丝送丝时容易碰到钨极引起短路，使钨极烧损，还容易夹钨，故通常使弧长约等于钨极直径。

4.保护气体流量

随着焊接速度和弧长的增加，气体流量也应增加。当喷嘴直径、钨极伸出长度增加时，气体流量也应相应增加。若气体流量过小，保护气流软弱无力，保护效果不好，易产生气孔和焊缝被氧化等缺陷；若气体流量过大，容易产生湍流，保护效果也不好，还会影响电弧的稳定燃烧。

可按下式计算氩气的流量：

Q=（0.8～1.2）D

式中 Q——氩气流量（L/min）；(www.xing528.com)

D——喷嘴直径（mm）。

5.焊接速度

焊接速度增加时，熔深和熔宽减小，焊接速度过快时，容易产生未熔合及未焊透；焊接速度过慢时焊缝很宽，而且还可能产生焊漏、烧穿等缺陷。手工钨极氩弧焊时，通常根据熔池的大小、形状和两侧熔合情况随时调整焊接速度。

6.钨极伸出长度

为防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部应伸出喷嘴以外。钨极端头至喷嘴端面的距离叫作钨极伸出长度，钨极伸出长度越小，喷嘴与工件的距离越近，保护效果越好，但过小会妨碍观察熔池。通常焊对接缝时，钨极伸出长度为4～6mm效果较好；焊角焊缝时，钨极伸出长度为6～8mm效果较好。

7.喷嘴与焊件的距离

喷嘴与焊件的距离是指喷嘴端面和工件间的距离，距离越小，保护效果越好。所以，喷嘴与焊件间的距离应该尽可能地缩小，但过小将不便于观察熔池和焊接操作，因此通常取喷嘴至焊件间的距离为8～15mm。

8.喷嘴直径

喷嘴直径（内径）增大，应增加保护气体流量，此时保护区范围大，保护效果好。但喷嘴过大时，不仅使氩气的消耗增加，而且不便于观察焊接电弧及焊接操作。因此，通常使用的喷嘴直径一般取8～20mm为宜。

9.钨极直径

钨极的直径与焊接电流承载能力有较大的关系，焊接工件时，可根据焊接电流选择合适的钨电极直径。不同直径钨极的许用电流见表12-4。

表12-4 不同直径钨极的许用电流

10.钨极端部形状

钨极端部形状是一个重要工艺参数。根据所用焊接电流种类，选用不同的端部形状。尖端角度α的大小会影响钨极的许用电流、引弧及稳弧性能。钨极尖端形状和电流范围见表12-5。小电流焊接时，选用小直径钨极和小的锥角，可使电弧容易引燃和稳定；在大电流焊接时，增大锥角可避免尖端过热熔化，减少损耗，并防止电弧往上扩展而影响阴极斑点的稳定性。

钨极尖端角度对焊缝熔深和熔宽也有一定影响。减小锥角，焊缝熔深减小，熔宽增大；反之，则熔深增大，熔宽减小。

表12-5 钨极尖端形状和电流范围（直流正接）