第1章　氩弧焊基础知识

1.1　氩弧焊概述

1.1.1　氩弧焊的分类

氩弧焊（GTAW）包括熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两大类，具体详细的分类如图1-1所示。

图1-1　氩弧焊的分类示意

GTAW按操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三种。手工焊时，焊炬的运动和填充焊丝完全靠手工操作；半自动焊时，填充焊丝则由送丝机构自动送进；自动焊时，如果工件固定则电极电弧做相对运动，焊炬安装在焊接小车上，小车的行走和填充焊丝的送进均由机械完成。以上三种方法，以手工钨极氩弧焊的应用最为广泛。

手工钨极氩弧焊是气体保护非熔化极电弧焊的一种。其保护气体主要是采用惰性气体氩气、氦气或两种气体的混合气；非熔化极主要是指钨极及钨合金。人们习惯称GTAW为气体保护非熔化极氩弧焊。有时也用钨极惰性气体保护焊的英文缩写代号“TIG”代表钨极氩弧焊。

GTAW是利用非熔化电极和母材之间的电弧热，来熔化焊缝坡口边缘和焊丝，精确地将填充焊丝金属输送到焊接接头的熔池中去，使之能精巧地连接工件。焊缝成形美观，没有熔渣和飞溅，可以说是最洁净、最理想的电弧焊工艺。

1.1.2　氩弧焊的焊接过程

氩弧焊是利用焊炬喷嘴喷射出的氩气，在电极及熔池周围，形成封闭的保护气流，保护钨极、焊丝和熔池不被氧化的一种气体保护焊接方法。

因为氩气是一种惰性气体，电弧和熔池在气流保护中燃烧，在高温下与金属不会发生氧化反应。电弧热量集中，热影响区小，焊接变形小，适应范围广；能焊接碳钢、合金钢、不锈钢、各种有色金属及活泼性金属。由于是明弧焊接，便于对熔池和电弧的观察，焊接质量好。

氩弧焊时，电流通过被电离的惰性气体，使之产生电弧。被电离的原子失去电子而剩下正电荷。气体的正离子从电弧的正极流向负极，电子从负极流向正极。电弧所消耗的能量等于通过电弧的电流和电压两端的电压降的乘积。

氩弧焊在焊接开始之前，必须用机械方法或化学方法清理焊接区上所有的油、润滑脂、油漆、锈、尘土或其他污染物质。

氩弧焊的引弧方法有两种，即接触式和击穿式。接触式还分直击式和划擦式，都是使电极与工件瞬间接触，并快速拉开一个短的距离，从而引燃电弧。这种方法主要用于简易的氩弧焊接设备，一般只是焊接黑色金属及其根层焊道的打底焊等。

击穿式又分高频式和脉冲式。高频式是利用高频振荡器产生的高频引弧。高频的高电压、低电流，使电极和工件之间的保护气体电离，从而使气体导电引燃电弧；脉冲式是在钨极和工件之间加一个高压脉冲，使两极间气体电离而引弧，是一种较好的引弧方法。用直流焊接时，在电弧引燃后便切断高频电压。当使用交流焊接时，特别是焊接铝及铝合金时，在焊接过程中，通常也要继续保持高频电压。

对于手工氩弧焊来说，电弧一旦引燃，焊炬要保持一个15°的行走角度。自动焊时，焊炬一般与焊件表面垂直。手工焊开始时，常常使电弧做小的圆形运动，直到获得一个尺寸合适的熔池为止。随着电弧沿接头前进，熔融金属发生凝固而完成焊接循环。

熄弧前，应将焊炬垂直于工件，并填充焊丝，以免形成弧坑。熄弧后，不要立即移开焊炬，应待滞后气体停止时再移开，以免高温的焊缝被氧化。通常，是用手控开关切断电流来停止焊接。

母材的厚度和接头设计决定着是否需要向接头中填充焊丝。当手工焊填充焊丝时，应将焊丝送入电弧前端的熔池中。

焊丝与焊炬必须平稳地移动，以使焊接熔池、热焊丝端头和已经凝固的熔池不暴露于空气中。

通常，焊丝与工件保持10°～15°的夹角，并缓慢地送入熔池前沿。在焊接过程中，热的焊丝端部不应离开气体保护区。在V形坡口多道焊时，也可将焊丝沿焊缝放好，使焊丝与坡口钝边一起熔化。在宽坡口的焊接中，采用摆动填充焊丝法，焊丝左右摆动的同时，连续送入熔池中。焊丝与焊炬的摆动方向相反，但焊丝总是靠近电弧并均匀地送入熔池中。

焊接位置的选择由焊件的可动性、工具和夹具的可用性来决定。平焊的时间最短，质量最好；向上立焊可以获得较好的熔深，但由于重力的影响，焊接速度较慢。平焊和向上立焊时，焊炬与焊缝表面夹角为75°。