手工钨极氩弧焊

手工钨极氩弧焊是一种非熔化极气体保护焊方法，又叫做TIG焊。其原理是利用钨极与焊件间产生的电弧熔化母材及填充焊丝进行焊接。焊接过程中，钨极、熔池、邻近区域及填充焊丝端部均处在氩气保护之中。手工钨极氩弧焊的焊接过程如下图所示。

特点

（1）保护性能优良

氩气是一种惰性气体，它既不溶于液态金属，也不与熔化金属发生反应，也不会造成合金元素的烧损，可有效避免气孔的产生，对熔池保护效果较好。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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%。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/T 8110—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/T 4240—2019《不锈钢焊丝》和GB/T 10858—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，钨极许用焊接电流也需相应改变。在不同的电源极性条件下，钨极直径和许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许用焊接电流。若焊接过程中所用焊接电流值超过此许用焊接电流值，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。