鎢極氬弧焊又叫做非熔化極氬弧焊,通常用TIG來表示,TIG是英文Tungsten Inert Gas Arc Welding的縮寫。鎢極氬弧焊是借助高熔點的金屬鎢作為一個電極,工件作為另一個電極,利用氬氣(Ar)作為保護氣體,并在鎢極與工件之間引燃電弧進行焊接,如圖5-3所示。


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  鎢極氬弧焊焊接時,電極和電弧區及熔化金屬都處于氬氣保護之中,使之與空氣隔絕。當保護氣體采用氦氣時又稱氦弧焊,有時保護氣體采用按一定比例混合的混合氣體,如:氬氣和氦氣混合、氬氣和氫氣混合。鎢極氬弧焊又可分為:直流鎢極氬弧焊、交流鎢極氬弧焊和鎢極脈沖氬弧焊等。鎢極氬弧焊廣泛應用于不銹鋼、鈦合金、鋁合金、活潑金屬和難熔金屬的焊接。所以,在不銹鋼焊管、鈦合金焊管和鋁合金焊管生產中都廣泛地應用了鎢極氬弧焊。


一、保護氣體


 鎢極氬弧焊常用的保護氣體有單一純氬氣和混合氣體(氬+氫氬+氦)。有關焊接常用保護氣體,請參考第三章《3.5.5焊接用保護氣體》。


  1. 氬氣


  氬氣比空氣重25%,是一種惰性氣體,用做保護氣體,不與金屬起化學作用,不溶解于金屬中,也不易漂浮散失,有利于保護作用。另外,氬氣的導熱系數小,而且是單元子氣體,高溫下不分解吸熱,所以在氬氣中燃燒的電弧熱量損失較小。氬氣保護焊時,電弧一經引燃,燃燒就很穩定。在各類保護氣體中,氬弧的穩定性最好,即使在低電弧電壓時也十分穩定,一般氬弧焊電弧電壓僅8V~15V。


  2. 氬氣、氫氣混合氣體


  在焊接保護氣體氬氣(Ar)中加人適量的氫氣(H2),可提高電弧溫度,增加母材熱量輸入,從而提高焊接速度。


 3. 氬氣、氦氣混合氣體


 在焊接保護氣體氬氣(Ar)中加入適量的氦(He),也可以提高電弧溫度,增加母材熱量輸入,進而也能達到提高焊接速度的目的。


二、電極材料及其形狀


  鎢極氬弧焊用的電極為鎢或氧化鎢,其熔點高達3400℃,鎢的逸出功為4.5eV,發射電子能力強;氧化鎢的發射電子能力更強。氧化鎢的制造工藝關鍵是氧化物與基體材料的均勻性,這樣可提高電極的引弧性能和穩弧性能。目前國內外常用的鎢電極材料主要有純鎢、鈰鎢和釷鎢3種。


  相同的鎢電極直徑,采用不同的極性,其載流能力相差很大,純鎢極在純氬氣中焊接的許用電流范圍見表5-1。交流焊時,采用非對稱波形或對稱波形,其載流能力也有差別。國外最常用的是釷鎢極,國內普遍采用鈰鎢極,其引弧與穩弧性能都不亞于釷鎢極。


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  實踐證明,鎢極末端的形狀對焊接許用電流大小和焊縫成型有直接影響。一般在焊接薄板和焊接電流較小時,可用小直徑的鎢極并將其磨成尖錐形(約20°),這樣,電弧容易引燃且穩定。但在焊接電流較大時仍用尖錐角,會因電流密度過大,而使尖錐角過熱熔化并增加燒損;電弧斑點也會擴展到鎢極末端的錐面上,使弧柱明顯地擴散而飄蕩不穩,影響焊接電流和焊縫成型(圖5-4a).因此,在大電流焊接時要求鎢極磨成鈍錐角(大于90°)或帶有平頂的錐形(圖5-4b),這樣可使電弧斑點穩定,弧柱的擴散減小,對焊件加熱集中,焊縫成型均勻。


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三、 鎢極氬弧焊的種類


  1.  直流鎢極氬弧焊


  由于直流鎢極氬弧焊在焊接過程中電弧沒有極性的變化,所以,電弧燃燒穩定。一般情況下,直流鎢極氬弧焊都是采用直流正極性,即鎢極為陰極(負極)。鎢極熔點高,在高溫下電子發射能力強,電弧燃燒會穩定性更好。直流鎢極氬弧焊采用直流正極性的優點是:


    a. 工件為陽極(正極),工件接受電子轟擊放出的全部動能和位能(逸出功),會產生大量的熱。因此,熔池深而窄,焊接效率高,工件的收縮和變形都小。


    b. 鎢極接受正離子轟擊時放出的能量比較小,并且由于鎢極在發射電子時需要付出大量的逸出功,鎢極產生的熱量比較小,因而不易過熱。所以,對于同一焊接電流,可以采用直徑較小的鎢棒。例如,同樣通過125A焊接電流選用Φ1.6mm的鎢極就夠了,而直流反極性時需用ф6mm的鎢極。


    c. 鎢棒的熱發射力很強,當采用小直徑鎢棒時,電流密度大,有利于電弧穩定,所以,電弧穩定性也比直流反極性好。


  總之,直流正極性優點較多,焊接中應盡可能采用直流正極性。


  2. 脈沖鎢極氬弧焊


   脈沖鎢極氬弧焊焊接時,平均焊接電流是由脈沖電流、基值電流、脈沖時間和基值時間4個參數確定的。正確調節這4個電參數,可以增加熔深,降低熱影響區寬度,提高焊縫背面成型能力和增加熔池的攪拌作用,是一種極好的焊接方法。所以,脈沖鎢極氬弧焊也廣泛地應用于不銹鋼焊管領域,特別適用于薄壁焊管的焊接。


 3. 交流鎢極氬弧焊


  交流鎢極氬弧焊焊接時,由于正負兩半波的電弧電壓及再引燃電壓不同,導致焊接電流不對稱,從而產生直流分量。這既影響了焊縫成型,又惡化了電源的工作條件。所以交流鎢極氬弧焊焊接電源中要設置引弧、穩弧和消除直流分量的裝置,一般在不銹鋼焊管生產中,不使用交流鎢極氬弧焊,但鋁、鋁合金焊接管就必須采用交流鎢極氬弧焊。