鎢極氬弧焊的電流種類研究

（ 遼寧工程職業(yè)學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112000）

鎢極氬弧焊的電流種類研究

劉子建

（ 遼寧工程職業(yè)學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112000）

本文簡(jiǎn)要介紹了鎢極氬弧焊的基本原理，直流電、交流電和脈沖電在鎢極氬弧焊時(shí)的作用特點(diǎn)。并對(duì)直流反極性有陰極破碎功能，交流電的直流分量進(jìn)行論述，為鎢極氬弧焊時(shí)選擇電流種類提供依據(jù)。

鎢極氬弧焊；直流正極性；直流反極性；交流電；脈沖電流

1 鎢極氬弧焊簡(jiǎn)介

鎢極氬弧焊又叫TIG焊，用鎢棒作為電極，利用氬氣或氬氣的混合氣作為保護(hù)氣體進(jìn)行焊接的一種氣體保護(hù)焊方法，焊接時(shí)鎢極、溶池、電弧和工作物臨近受熱區(qū)域在由惰性氣體氬氣或氬氣的混合氣保護(hù)之下與空氣隔離，氬氣是惰性氣體，比空氣密度大，能充分保護(hù)金屬熔池不氧化，保護(hù)效果好，焊接質(zhì)量較高。幾乎所有金屬材料都可以進(jìn)行氬弧焊，適宜焊接化學(xué)性能活潑的金屬和合金，如鋁、鎂、鈦、鈦及其合金以及難熔的活波金屬。由于鎢極的載流能力有限，電功率受到限制，致使焊縫熔深淺，一般只用于焊接厚度在6mm以下的工件。鎢極氬弧焊的焊接質(zhì)量好壞在很大程度上依賴于正確工藝參數(shù)選擇，電流是重要操作條件。有三種電流可供選擇直流、交流和脈沖電流，下面進(jìn)行論述。

2 直流TIG焊

2.1 直流正極性

直流正極性時(shí)，焊件接正極，鎢極接負(fù)極。在電弧燃燒時(shí)，由于鎢極熔點(diǎn)很高，熱發(fā)射能力強(qiáng)，發(fā)射很多高能電子，焊件接受電子轟擊放出的全部動(dòng)能和逸出功，產(chǎn)生大量熱，因此電弧燃燒穩(wěn)定性好，熔池深而窄，生產(chǎn)率高，焊件的收縮和變形都小。由于鎢極發(fā)射電子需付出大量的逸出功，所以鎢極上產(chǎn)熱少，不宜過(guò)熱，燒損少。但他沒(méi)有陰極破碎功能，無(wú)法進(jìn)行活波金屬的焊接。所以除鋁、鎂及其合金外，直流TIG焊一般均采用直流正極性接法進(jìn)行焊接。

2.2 直流反極性

直流反極性時(shí)，電極棒連接電焊機(jī)正極，且工件接負(fù)極。焊接時(shí)電子流從工件流向電極棒，同時(shí)工件熔點(diǎn)一般較低，電子發(fā)射較難，工件上只有溫度較高處發(fā)射電子， 形成陰極斑點(diǎn)，由于鋁、鎂及其合金表面易形成一層氧化物保護(hù)膜，他們逸出功低 ，陰極斑點(diǎn)會(huì)自動(dòng)尋找有氧化膜的地方，當(dāng)陰極斑點(diǎn)受到弧柱中來(lái)的正離子流的強(qiáng)烈撞擊時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氧化膜很快被氣化破碎，這樣就會(huì)把焊接區(qū)表面的氧化膜清除掉，減小夾雜的產(chǎn)生。這種現(xiàn)象稱為陰極破碎。如果沒(méi)有陰極破碎功能，由于氧化物的熔點(diǎn)2050℃遠(yuǎn)高于純金屬的熔點(diǎn)657℃，用一般方法很難消除表面氧化層，就會(huì)使焊接無(wú)法順利進(jìn)行，夾雜現(xiàn)象嚴(yán)重，若使用直流反極性焊接，焊縫就會(huì)成形良好夾雜基本消除。

反極性電流的熱作用對(duì)陰、陽(yáng)極不一樣，電弧中產(chǎn)生熱量較約有2/3的熱量作用于陽(yáng)極，容易使鎢極過(guò)熱，工件上只有1/3的熱量，作用于工件熱量少，使焊道又寬又淺，且效率低，故實(shí)際焊接時(shí)不常使用。多在實(shí)驗(yàn)室中研究陰極破碎功能時(shí)使用此種電流。

2.3 焊接機(jī)的極性判斷

在自動(dòng)鎢極氬弧焊中，會(huì)發(fā)生以錯(cuò)誤極性開(kāi)始焊接操作的危險(xiǎn)。在手操作焊接中，會(huì)偶然的改變焊接機(jī)端頭的連接而顛倒極性，最好在開(kāi)始焊接之前，先試驗(yàn)極性，可避免電極性可能損壞。試驗(yàn)方法是使用手工焊條電弧焊接的手把線接于線路上，試驗(yàn)極性，以反極性，全位置手工焊條電弧焊焊條起?。‥6010級(jí)），如果極性是正的、則電弧具強(qiáng)烈且有力的嘶嘶聲；真正反極性E6010的電弧不會(huì)具有力的劈啪聲。

3 交流TIG焊

3.1 交流電對(duì)焊接的影響

交變電流電流方向時(shí)刻在變化，每秒鐘轉(zhuǎn)換電流方向120次，正極性半波時(shí)，由于電弧熱作用的特點(diǎn)，對(duì)陰極的熱量小于對(duì)陽(yáng)極的熱量，可以緩解鎢陰極過(guò)熱的現(xiàn)象。同時(shí)工件的陽(yáng)極得到較多的熱量，可以提高焊接的熱效率。再者鎢極是陰極，電子發(fā)射能力較強(qiáng)強(qiáng)，可以起到穩(wěn)定電弧的作用。反極性半波時(shí)時(shí)，具有陰極破碎功能，可以消除或撥金屬表面的氧化物保護(hù)膜，因此它兼具直流正極性電弧穩(wěn)定、熱效率高和直流反極性的破除氧化物保護(hù)膜的優(yōu)點(diǎn)。在焊接鋁、鎂及其合金時(shí)多采用此法。

3.2 交流電的直流分量

交變電流電流方向時(shí)刻在變化，電壓的數(shù)值也由最大的正值變化至最大的負(fù)值，且每發(fā)生一次變化，電弧熄滅再點(diǎn)燃一次；傳統(tǒng)的電弧焊接變壓器無(wú)法產(chǎn)生高至足以在電弧熄滅后重新點(diǎn)燃電弧的電壓，需要使用具有足夠的固有電壓之變壓器，或者附加高頻電流于電弧上，使電弧能夠方便地再次點(diǎn)燃，穩(wěn)定電弧。 由于電壓的正和負(fù)半周期電弧產(chǎn)生的電流阻力不一樣，使正極性時(shí)電流較大，反極性時(shí)電流較小，引起不平衡的電流正弦波，相當(dāng)于直流電上疊加一個(gè)交流電。產(chǎn)生的直流分量，引起電弧飄動(dòng)和不穩(wěn)定，鎢極過(guò)熱使鎢極燒損加大，也會(huì)使變壓器的鐵損、銅損加大，陰極破碎功能降低。鎢極氬弧焊使用較老式的變壓器，具有整流功能，但沒(méi)有新式的平衡波形組件。可使用平衡波形變壓器消除整流作用和其有害的效應(yīng)，此組件加入一電容器串聯(lián)于焊接電路中此電容器的電容量容許交流的焊接電流有效的流過(guò)，但阻止直流部分電流通過(guò)，這些組件通常被設(shè)計(jì)為具有100～150伏特范圍的開(kāi)路電壓，需高頻電流起弧，廣泛的被使用于焊接鋁合金和鎂合金的焊接。

4 脈動(dòng)TIG焊

脈動(dòng)電流是斷續(xù)的，它以高的電流上升與衰退速率和高的重復(fù)脈動(dòng)速率操作，具較緩慢脈動(dòng)電流，電流期間電壓穩(wěn)定，電弧壓力大易使母材熔化，在較低的基值電流期間電弧不滅，但放出熱量較少，使熔池結(jié)晶。這樣既可以避免電流燒穿的現(xiàn)象，又能克服電流不穩(wěn)，保證焊接過(guò)程順利進(jìn)行。脈沖電流根據(jù)波形不同有矩形波、正弦波和三角波之分。無(wú)論哪種波形都具有電弧壓力大、挺度好、熱輸入低且便于精確控制，同時(shí)脈沖電流對(duì)熔池的攪拌作用可改善焊縫組織及外觀成型。因此，脈沖電流特別適用于熱敏感性強(qiáng)的材料或薄件、超波件焊接或中厚板開(kāi)坡口多層焊的第一層打底焊。

結(jié)語(yǔ)

鎢極氬弧焊時(shí)，直流正極性電弧穩(wěn)定，效率高，反極性時(shí)能產(chǎn)生陰極破碎功能，交流電兼有直流正極性和反極性的優(yōu)點(diǎn)。在焊接時(shí)鎂、鋁等活潑金屬及其合金時(shí)選用交流電源，其他金屬多選用直流正極性連接，而對(duì)于厚度特別小的金屬，可考慮采用脈沖電流。

[1]王長(zhǎng)忠.焊工工藝與技能訓(xùn)練[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007（07）：181-183.

[2]邱葭菲.焊工工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2005（06）：37-39.

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