氩弧焊基础知识：了解 GTAW

氩弧焊基础知识：了解 GTAW

气体钨极电弧焊（GTAW）是一种精密的焊接技术，通过在非消耗电极和工件之间产生电弧，同时使用保护气体避免焊接区域与空气接触，从而实现高质量的焊接。本文将详细介绍GTAW的基本原理、工艺参数、电极类型、保护气体选择以及焊前准备等关键环节，帮助读者全面了解这一重要的焊接技术。

气体钨极电弧焊（GTAW）是一种电弧焊接工艺，在非消耗电极和待焊工件之间产生电弧。焊接区域由形成保护层的屏蔽气体保护，避免与大气接触（见图 1）。

图 1：

GTAW 工艺 versatile，可用于黑色金属和有色金属。在非消耗电极和待焊工件之间产生电弧。焊接区域由形成保护层的屏蔽气体保护，避免与大气接触。

GTAW versatile，可用于黑色金属和有色金属，根据基础金属的不同，可在所有焊接位置使用。该工艺可用于焊接薄材料或厚材料，可使用或不使用填充金属。

焊接较薄材料、边缘接头和法兰时，不使用填充金属。对于较厚材料，通常使用外部送入的填充金属丝。使用的填充金属丝类型取决于基础金属的化学成分分析。填充金属丝的尺寸取决于基础金属的厚度，这通常决定了焊接电流。

GTAW 的操作方法可以是手动或自动的。

焊接工艺变量和接头配置

焊接工艺变量控制焊接过程和所产生焊缝的质量。接头配置由焊接件的设计、冶金分析以及焊接件所需的工艺和程序决定。

在选择基础金属、填充金属和接头配置后，选择焊接变量。固定焊接变量包括填充金属类型、电极类型和尺寸、电流类型和屏蔽气体类型。

可调变量通过影响焊缝高度、焊缝宽度、熔深和焊缝完整性等因素来控制焊缝形状。GTAW 的主要可调变量是焊接电流、电弧长度和焊接速度。

次要变量也有助于控制焊接过程，但计算其影响程度更加困难。次要变量包括工件和行进角度以及电极伸出杯口的距离。

气体钨极电弧焊钨电极

GTAW 的电极材料由钨合金制成。钨的熔点是所有金属中最高的之一，约为 6,170 华氏度（3,410 摄氏度）。

使用的电极尺寸由所需的焊接电流决定。较大的电极允许使用更高的电流。较小直径的电极可用于焊接较薄材料或在非标准位置焊接时使用。

以下是使用的各种类型的钨合金列表：

1. 纯钨用于有色金属，如铝和镁，通常在交流电（AC）下使用球形端头准备（见图 2）。

图 2：

纯钨通常使用球形端部准备。

2. 钍钨是最常用于碳钢和不锈钢的钨电极类型。它可以购买到含有 1%或 2%钍的产品。钍钨易于起弧并保持稳定的电弧。它具有更强的抗污染能力，可以保持尖锐的电极尖端，不会像纯钨那样容易损坏。

3. 锆化钨通常用于在非铁金属上进行较高交流电流的焊接。

准备一个尖端或使用电极锥角适用于钍化钨。钍化钨电极被磨成尖端以提供更好的电弧启动，并添加高频。这提供了电弧点火并防止电极接触工件。它还有助于稳定电弧。

锥度的大小会影响焊缝的形状和熔深程度。为了减少电极需要打磨的次数，焊工需要培养在焊接过程中不让钨极接触工件的技能。建议的锥度长度是电极直径的 2.5 到 3 倍（见图 3）。

图 3：

正确的电极尖端准备对于实现适当的焊接渗透至关重要。

GTAW 中的保护气体

氩气和氦气是 GTAW 最常用的两种保护气体。对于保护目的最理想的特性是气体的化学惰性以及它们在高电流下产生平稳电弧作用的能力。这两种气体都是惰性的，在焊接电弧中产生电离效应。它们保护钨电极和熔融焊池免受大气影响。

气体纯度影响焊接质量。金属能承受少量杂质，但为了获得最佳结果，所使用的惰性气体纯度应至少达到 99.9%。

氩气比氦气重，可以以液态或气态形式供应。氩气提供良好的清洁作用。流量由钨极的大小和气体喷嘴直径决定。氩气适用于焊接相似和不同的金属，在垂直和仰焊位置焊接时效果良好。

氦气是一种较轻的惰性气体。它可以以液态形式分配，但更常用作压缩气体。它比氩气更快地离开焊接区域，使用时需要更高的流量。

氦气产生一个窄但深的热影响区（HAZ），这对焊接较重的金属很有好处。它适合高速焊接，在垂直和仰焊位置提供良好的覆盖。它有助于增加焊接渗透，当用作背面保护气体时，它倾向于使焊缝表面变平。氦气适用于较厚的有色金属。

当焊工需要氩气的控制性和氦气的穿透性时，会使用氩气和氦气的混合物。在焊接普通碳钢时，这种混合物并非必需。

典型的混合物根据应用有所不同。它经常用于自动焊接应用。

氩气和氢气的混合物经常用于焊接不锈钢、INCONEL®和 MONEL®。这种混合物不应用于焊接普通碳钢。典型的混合比例是 95%的氩气和 5%的氢气。

氮气也可以用作保护气体，但由于其电流要求较高，很少使用。它适合焊接铜。

焊接电流，接头设计

电流主要取决于待焊接金属的类型、所需的电流水平以及能产生该类型焊接电流的机器的可用性。

直流电极正（DCEP）（反极性）有时用于焊接非常薄的有色金属，也用于钨极球化。直流电极负（DCEN）（正极性）最常用于焊接不锈钢和铁质金属。

交流电流，加上高频，最常用于焊接一些有色金属，如铝和镁。它提供良好的清洁作用，并能适度渗透。

焊接接头设计

五种基本的接头类型是对接接头、角接接头、边接接头、搭接接头和 T 型接头（见图 4）。在这五种接头设计中，对接接头和 T 型接头是最常用的。

图 4

GTAW 焊前准备

在使用 GTAW 之前，必须采取几个步骤来准备电极和焊接接头，固定焊件，设置变量，并在必要时预热基础金属。准备的程度取决于焊件的大小、基础材料的类型、装配情况和质量要求。

电极制备。电极的制备取决于电极的类型和焊接应用。对于交流焊接，电极尖端可能有一个磨尖的点或球形端。

为了准备一个尖端电极，研磨痕迹应该与电极平行。

为了在钨极端部制作一个球形，必须将电源切换到 DCEP（反极性）。然后，在电极和一块废金属或铜片之间启动电弧后，必须保持适度的电流水平。球形尖端应该完全干净、闪亮，并具有镜面般的光洁度。

准备焊接接头。在准备焊接接头时，可以使用多种不同的方法，包括氧燃料切割、等离子切割、剪切、机加工、空气碳弧 gouging、研磨或凿削。请记住，正确准备焊接接头将有助于产生良好的焊接件，并满足焊接质量标准的要求。

清洁。清洁待焊接材料很重要。GTAW 焊接在焊接过程中常容易受到污染。待焊接的表面必须没有油脂、油漆、灰尘、氧化物和其他杂质。

铝表面有一层氧化层，如果不去除，会污染焊接区域。清洁溶液、钢丝刷、研磨机和喷砂等方法可用于去除这些污染物。

夹具和定位。夹具和定位也会影响焊缝的形状、尺寸和均匀性。夹具在控制变形的同时固定焊件，有助于定位并保持零件相对于焊件的位置。

使用夹具可以减少焊接时间。定位有助于将焊接件移动到平坦位置，从而提高焊工的生产效率。

在焊接某些金属时，可以使用冷却块、散热器或背衬板来防止烧穿、降低基材温度或最小化变形。

预热。 根据基材中的合金元素、钢材厚度和接头配置，有时需要预热。特定应用所需的预热量通常从焊接工艺中获得。有几种控制预热温度的方法可用，包括炉加热、电感应线圈、氧燃料火炬和电阻加热毯。

预热温度可以使用温度棒、蜡笔颗粒、温度指示器、热电偶、热敏电阻或红外温度计来测量。

气体钨极弧焊最终思考

学习 GTAW 工艺的基本原理将提高焊工生产高质量焊件的能力。了解正确的耗材、设备和焊前准备工作将有助于焊工解决焊接问题。

对 GTAW 焊接过程有良好的理解将有助于焊工在选择填充金属、钨电极和保护气体时做出更明智的选择。焊工还能够根据焊接应用在焊接碳钢、不锈钢或有色金属时选择正确类型的设备。焊前准备对于生产出质量良好的焊接件也至关重要。

对焊工来说，获得高质量工作成果的另一项必备技能是接受针对不同应用的正确培训，并练习那些对优质工艺必不可少的学到的技能。