手工钨极氩弧焊单面焊双面成形基础知识.docx

可实现高电流密度焊接
氩气的热容量和导热性小，机械压缩效应好，电弧热量集中，可实现高电流密度焊接。
（1）明弧焊接
因为焊接过程是明弧焊接，所以可以在焊接过程中方便地观察熔池，对单面焊双面成形极为有利。
（2）焊接过程稳定
焊接过程中电弧燃烧稳定，无飞溅，焊缝成形美观。
（3）适用范围广
手工钨极氩弧焊适用于各类金属和各种空间位置的焊接，也适用于超薄件的焊接。
手工钨极氩弧焊的缺点是焊接生产率低，不宜在有风的地方施焊，且焊工易疲劳。

焊接设备
手工钨极氩弧焊设备由弧焊电源、控制装置、焊枪、供气和供水系统等部分组成。
1.焊接电源
手工钨极氩弧焊焊接电源分直流和交流两大类。根据所焊的材料不同，可选择不同类型的焊接电源，具体选择方法如下：
1）当焊接一般结构钢和铜合金材料时，可选用直流电源。
2）当焊接薄板结构或热敏感性较强的钛合金材料时，可选用直流脉冲氩弧焊机。
3）当焊接铝、镁及其合金材料时，可选用交流氩弧焊机。
2.引弧装置
由于氩气的电离电位较高，引燃电弧较困难，因此专用的钨极氩弧焊机都设有引弧装置。直流氩弧焊机接入脉冲引弧器，交流氩弧焊机接入高频振荡器以利于引弧。如果只能采用普通直流电源时则必须要求有较高的空载电压。
3.稳弧装置
直流电源焊接时，由于电流平稳，不需增加特殊的稳弧装置。但交流电源则不同，由于电源是以50Hz的频率供给，正半波到负半波每秒有100次的电弧衰减熄灭过程，使钨极电子发射和气体电离程度减弱。不增加稳弧装置，电弧无法稳定，甚至熄弧。所以通常在交流电源内部串接脉冲稳弧器，以稳定电弧。
4.供气、供水装置
手工钨极氩弧焊焊枪由于长期在高温下使用，不但气管有可能烧化粘连，破坏气路畅通，其他元件也易过热损坏，同时，过热的焊枪也使焊工无法操作。因而冷却装置必不可少。当采用小参数、短时间焊接时，可采用特制的气冷焊枪依靠氩气进行冷却。而采用较大参数或长时间焊接时，必须接入循环水进行冷却。

焊接材料的要求
1.氩气
氩弧焊对氩气的纯度要求很高。如果氩气中含有氧、氮或其他气体，将会降低氩气保护性能，造成焊缝气孔、夹渣等缺陷，同时氧化作用增加也使钨极烧损严重。所以，我国对焊接用氩气纯度的要求为99.99%（体积分数）以上。
2.钨极
钨极作为电极，起传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧的作用。因此，要求钨极必须有良好的导电性和耐高温性能，同时要求焊接时对人体的危害要小。
目前国际上使用的钨极主要有四类，即纯钨极、铈钨极、锆钨极和钍钨极等。目前，我国建议采用的电极主要是铈钨极。其优点是：引弧容易，和钍钨极相比，引弧电压可下降50%以上。电弧燃烧稳定，高温性能强，电弧压缩性好，热量集中，因而烧损率低。与钍钨极相比，可降低烧损5%～50%。允许用电流较钍钨极高5%～8%。且放射性极小，对人体无害。
3.焊丝
手工钨极氩弧焊用焊丝应符合GB/T8110-2020《熔化极气体保护电弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝》、GB/T4240-2019《不锈钢焊丝》和GB/T10858—2008《铝及铝合金焊丝》的质量规定。由于氩气保护的特殊性，对焊丝化学成分和表面质量的要求应高于其他类焊接方法。焊丝表面如有油污或氧化物，必须严格清理。焊接过程中应使用专用焊丝，对于非气体保护焊用焊丝，如埋弧焊用焊丝，一般不能在氩弧焊中使用，以防因化学成分和表面质量问题造成焊接过程不稳定和气孔、裂纹等焊接缺陷的出现。

焊接参数
钨极氩弧焊的气体保护效果、焊接过程稳定性和焊缝质量，均直接与焊接参数有关。为此，合理地选择焊接参数是获得优质焊接接头的重要保证。
手工钨极氩弧焊的主要焊接参数为：焊接电流、电弧电压、钨极直径、喷嘴直径、焊接速度、电源种类及极性和氩气流量等。
1.焊接电流
焊接电流的大小需根据焊件厚度、坡口形式、空间位置、钨极直径等进行选择。过大或过小的焊接电流都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。当焊接电流过大时，会造成烧穿、焊缝下陷、咬边等，还可能导致钨极烧损、夹钨和电弧不稳定等问题。当焊接电流过小时又会使电弧偏吹、燃烧不稳定，产生未焊透和气孔等缺陷。
2.电弧电压
电弧电压影响焊缝的熔深和熔宽。过高的电弧电压会使气体保护效果下降，易使焊缝氧化和产生未焊透、气孔等缺陷。所以应尽量采用短弧焊接，以达到良好的气体保护效果，同时热量集中，电弧燃烧稳定，焊缝均匀，焊件变形小。单面焊双面成形时可有效地控制熔池温度，保证焊缝成形。
3.钨极直径
钨极直径是根据焊件厚度、材料性质及焊接电流的大小来选择的。当使用不同电源或电源极性时，钨极使用焊接电流也需相应改变。在不同的电源极性条件下，钨极直径和使用焊接电流之间的关系见下表。

一定的钨极直径对应一定的使用焊接电流。若焊接过程中所用焊接电流值超过此使用焊接电流值，钨极就要产生强烈的发热、熔化和挥发等，还会造成电弧不稳定和焊缝夹钨等问题的出现。此外，钨极端头形状对电弧稳定性和焊缝成形也有很大影响。不同的钨极端头配以不同的钨极直径和焊接电流。在不同焊接电流和电源极性条件下，所选择的钨极端头形式如下图所示。

磨削钨极端头时，注意不得磨偏，应磨成端面秃平，没有凹凸现象。同时磨削方向应顺从钨极长度方向，如下图所示。磨削出现横纹时，必须进行消除，否则电弧将出现不稳定也不集中的现象。

4.喷嘴直径
喷嘴大小和形状直接影响保护区的保护范围和效果。常见喷嘴形状如下图所示。

圆柱带锥形或球形结尾的喷嘴，其保护效果最佳，氩气流速度均匀，容易保持层流。圆锥形喷嘴，因氩气流速度变快，故保护效果较差，但这种喷嘴操作方便，熔池可见度好，焊接时也经常使用。
喷嘴直径的选择不宜过大，否则会妨碍操作，浪费氩气；也不宜过小，否则熔池保护不好，产生缺陷，同时烧损喷嘴。合适的喷嘴直径可按下列经验公式来确定：
D=（2.5～3.5）d
式中D--喷嘴直径（mm）；
d--钨极直径（mm）。
5.焊接速度
焊接速度的大小影响熔宽和熔深。焊接速度太快，气体保护效果不好，焊缝金属容易被氧化，钨极也易氧化，并容易出现未焊透和气孔等缺陷。焊接速度太慢，可能出现咬边、烧穿及背面焊瘤等缺陷。
6.电源种类和极性
电源种类和极性的选择主要和材料的性质有关。当焊接碳钢、低合金钢、不锈钢或钛、铜及其合金时，采用直流正接为宜。当焊接铝、镁及其合金时，采用交流电源为宜。
7.氩气流量
如果氩气流量过大，则气体流速增大，难以保持稳定的层流，对焊接区的保护作用不利，同时带走电弧区的热量多，影响电弧燃烧的稳定性。而气体流量过小，容易受到外界气流的干扰，以致降低气体保护效果，使焊缝产生气孔、氧化和合金元素烧损等现象。氩气流量的选择一般可按下列经验公式来确定：
Q=kD
式中：Q--氩气流量（L/min）；
D--喷嘴直径（mm）；
k--系数，k=0.8～1.2，可按和喷嘴直径成正比选取。
氩气保护效果的好坏，还可以根据焊后焊缝表面的颜色来确定。以不锈钢为例，焊后焊缝呈金黄色或银白色时保护效果为最好；当出现灰色或黑色时，则说明焊缝熔池中侵入了有害气体或杂质。当然，根据焊缝表面颜色确定气体保护效果时，还要考虑到气体的纯度和焊件表面是否有油、水分、锈等污物的影响。

操作技术要点
选择好合适的焊接参数，是否能获得优质的焊缝，还取决于手工钨极氩弧焊操作技术。
1.注意事项
为了保证获得优质的焊缝，焊接过程中要注意保持正确的焊接姿式，随时调整焊枪角度及喷嘴与焊件的距离。做到既要保证气体保护效果，又方便观察焊接熔池。焊接过程中要注意观察钨极烧损状况。当钨极端头呈银白色时，说明保护效果良好。当钨极端头呈蓝色时，说明保护效果较差。如果钨极端头呈黑色或已烧损成球状，说明钨极已被污染，应重新打磨钨极端部，并调节气体流量。
2.引弧
手工钨极氩弧焊一般有三种引弧方式，即接触引弧、短路引弧和引弧器引弧。
一般直流焊机作氩弧焊机使用时，钨极易烧损，多用接触引弧，这种引弧方法对焊工水平要求较高。短路引弧主要用于自动钨极氩弧焊。目前最广泛应用的是引弧器引弧，该方法由于是空间引弧，故对钨极和焊件的影响极小，特别适用于单面焊双面成形的打底焊。单面焊双面成形时，当采用接触引弧时，最好使用引弧板，以防钨极接触坡口而产生夹钨现象。电弧引燃后，要拉长电弧，对焊件坡口及根部进行预热，然后填丝焊接。
3.焊接运弧
手工钨极氩弧焊的焊接方向一般为由右向左，环焊时由下至上。焊炬与焊件表面的夹角保持在65°～85°之间。焊丝置于熔池前面并与焊件表面呈15°～20°夹角。焊接时，在不妨碍操作的情况下，尽量采用短弧焊接，并力求送丝均匀，才能保证焊缝成形。为保证坡口两侧熔合良好，背面焊缝成形均匀美观，氩弧焊枪也可做横向摆动，但摆动频率不宜太高，且要与填丝速度相配合。
4.接头和收弧
收弧时应适当填充焊丝，使弧坑填满，以防产生弧坑裂纹。当切断电源后，不要立即将焊枪抬起或移动离开，待送气停止后，方可移开焊枪。单面焊双面成形时，要将收弧处焊成斜坡状，不能产生死角，以防接头产生不良现象。重新燃弧后，可在原收弧处拉长电弧，稍作预热，然后压低电弧，此时可不填充焊丝而向前移动，至斜坡处，再填充焊丝。接头时注意熔池要贯穿到接头根部，以保证接头金属熔透。
5.填丝要领
手工钨极氩弧焊填丝方法分连续填丝法和断续填丝法两种。连续填丝时手臂动作极小，焊丝紧贴焊缝表面，焊缝整齐美观，多用于较薄焊件开I形坡口时的焊接。单面焊双面成形采用连续填丝法时，焊丝应紧贴坡口根部，使焊接电弧在熔化坡口边缘时，焊丝也随之一起熔化。断续填丝法焊丝有向熔池不断送进的动作，要求填丝动作要轻，不得扰动氩气保护气流，以防空气侵入。断续填丝法多用于电流较大的填充和盖面层的焊接及全位置焊。