鎢極氬弧焊及等離子弧焊電極選擇

1.鴇極氬弧焊及等離子弧焊用電極由鈣金屬棒作為鈣極氯孤焊(TIG)或等離子孤焊(PAW)的電極稱為鈣電極，簡稱鈣極，屬于非熔化電極的一種。焊接過程中對非熔化電極的基本要求是：能傳導電流、發(fā)射電子的能力強、在高溫下工作不熔化并且使用壽命長等。金屬鈣能導電，其熔點(3410°C)和沸點(5900°C)比其他金屬都高，電子逸出功為4.5eV，與鐵相當，在高溫時有強烈的電子發(fā)射能力。所以金屬鈣是最適合作鈣極氯孤焊或等離子孤焊所用電極的非熔化電極材料。1.1鎢極的種類及特點鈣極氯孤焊用的電極材料與等離子孤焊相同，常用的鈣極主要有純鈣、鈰車烏、釷鈣和鋯鈣等。常用鈣極的種類及化學組成見表1。國外部分鈣極牌號及主要化學成分見表2。表1常用鎢極的種類及化學組成烏極類型牌號化學幺R成/%WThOCeOZrOSiOFeO+AlOMoCaO純?yōu)鯓OW199.922一一一20.0323230.030.010.01W299.85雜質(zhì)亍總含量＜0.15釷烏極WTh-7余量0.7?0.99一一0.060.020.010.01WTh-10余量1.0?1.49一一0.060.020.010.01WTh-15余量1.5?2.0一一0.060.020.010.01WTh-30余量3.0?3.5一一0.060.020.010.01鈰烏極WCe-5余量一0.50雜質(zhì)總含量＜0.1WCe-13余量—1.30雜質(zhì)總含量＜0.1WCe-20余量—1.8?2.0雜質(zhì)總含量＜0.1鋯烏極WZr99.2——0.15?0.40其他W0.5純?yōu)鯓O熔點和沸點高，不易熔化蒸發(fā)、燒損，但電子發(fā)射能力較其他烏極差，不利于電孤穩(wěn)定燃燒。此外，電流承載能力較低，抗污染性能差。釷烏極的電子發(fā)射能力強，電子逸出功為2.7eV，允許的電流密度大，電孤燃燒較穩(wěn)定，壽命較長，但釷元素具有一定的放射性，在國外較常采用。牌號化學組｛成/牌號化學組｛成/%標準顏色氧4匕物雜質(zhì)WWPWT4WT10WT20WT30WT40WZ3WZ8WL10WC20—ThO2ThO2ThO2ThO2ThO2ZrO2ZrO2LaO2CeO—0.35?0.550.85?1.201.70?2.202.80?3.203.80?4.200.15?0.500.70?0.900.90?1.201.80?2.20W0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.2099.8余量余量余量余量余量余量余量余量余量綠色藍色黃色紅色紫色橙色棕色白色黑色灰色表2國外部分鎢極牌號及主要化學成分2鈰烏極電子逸出功低(2.4eV)，引孤和穩(wěn)孤性能不亞于釷烏極，化學穩(wěn)定性高，允許的電流密度大，無放射性，是目前國內(nèi)普遍采用的一種。鋯鎢極的各種性能介于純鎢極和釷鎢極之間。在需要防止電極污染焊縫金屬的特殊條件下使用。焊接時，電極尖端易保持半球形，適于交流焊接。1.2鴇極承載電流的能力鎢極的電流承載能力除了與它們的化學成分有關外，還受到許多其他因素的影響，如焊槍的形式、電極夾頭的極性、電極直徑、電源種類、電極從焊槍中伸出的長度、焊接位置、保護氣體的性質(zhì)等。在工藝條件相同的情況下，用直流電焊接對各種類型電極的載流能力的影響沒有很大的差別。鎢極的載流能力大都與其極性有關，大約2/3的熱量產(chǎn)生在陽極上，1/3的熱量產(chǎn)生在陰極上。因此，在不過熱條件下，電極接負極（正接法）時可以承載的電流比電極接正極（反接法）時大得多（約10倍）；同樣，直流電源情況下電極接負極時的載流能力比交流電情況下的載流能力大。交流電時，純鎢極的載流能力低于其他鎢極，而各類電極在對稱波形交流電情況下的電流承載能力要比在非對稱形交流電時的電流承載能力小。表3列出了部分國產(chǎn)電極的載流能力。由于電極的最大載流能力取決于很多因素，該表給出一個近似的電流范圍以表達電極載流能力。表3鴇電極的載流能力/A電極直徑/mm直流正接直流反接交流純鎢釷鎢鈰鎢純鎢1.020?6015?8020?80——1.640?10070?15050?16010?3020?1002.060?150100?200100?2003.0140?180200?300—20?40100?1604.0240?320300?400—30?50140?2205.0300?400420?520—40?80200?2806.0350?450450?550—60?100250?300純鎢極價格不太昂貴，一般用于對焊接質(zhì)量要求不太嚴格的情況下，不過用交流電進行焊接時，純鎢極的載流能力較低且抗污染性能差。釷鎢極載流能力較好，壽命比較長，抗污染性能較好，易引弧，電弧燃燒較穩(wěn)定。手工鎢極氬弧焊時，釷鎢極的消耗量只有純鎢極的10%?20%。等離子弧焊時，國內(nèi)主要采用釷鎢或鈰鎢電極，表4給出釷鎢電極的許用電流，也可供鈰鎢電極參考。表4等離子弧焊鎢極的許用電流蒞（直流正接）電極直徑/mm0.250.51.01.62.43.24.0電流范圍/AW155?2015?8070?150150?250250?400400?5001.3鴇極的表面質(zhì)量和形狀尺寸（1）鎢極的表面質(zhì)量鎢極材料表面在拉拔或鍛造加工之后要經(jīng)過清洗、拋光或磨光。經(jīng)過磨削后的鎢極表面具有較低的粗糙度，能保證鎢極與焊槍的電極夾頭之間最大的接觸面積，從而可以獲得最大的載流能力；如果采用化學清理，會使得鎢極表面較粗糙，接觸電阻會降低載流能力。對于有疤痕、裂紋、縮孔、毛剌或非金屬夾雜等缺陷的電極，不應當使用，因為這些缺陷會影響其載流能力。電極表面的凹凸不平會引起弧柱“回火”現(xiàn)象。（2）鎢極的形狀尺寸鎢極直徑范圍一般為0.5?6.4mm,長度范圍為76?610mm。正確使用鎢極可以獲得較穩(wěn)定的電弧，并能延長鎢極的使用壽命。當選定鎢極之后，使用時其形狀和尺寸是影響電弧和焊接質(zhì)量的重要因素。若鎢極端面凹凸不平，則產(chǎn)生的電弧不集中也不穩(wěn)定，所以在使用前，需對其端部進行磨削以呈尖錐狀。磨尖程度應根據(jù)焊絲直徑和使用的電流大小來確定，例如在焊接薄板和使用小電流時，可選用小直徑鎢極，且其末端磨得尖些，這樣容易引弧并且電弧燃燒穩(wěn)定；但電流較大時，會由于電流密度過大而使末端過熱熔化，從而使鎢極燒損增加，同時電弧斑點也會擴展到鎢極末端的錐面上，使弧柱擴散或飄擺不定，故在這種情況下錐角要適當加大或采用平頂錐形的鎢極。表5列出推薦使用的鎢極末端形狀和電流范圍。表5鈣極末端的形狀和使用電流范圍電極直徑/mm尖端直徑/mm錐角/(°)直流正接恒定電流范圍/A脈沖電流范圍/A1.00.125122?152?250.25205?305?601.60.5258?508?1000.83010?7010?1402.40.83512?9012?1801.14515?15015?2503.21.16020?20020?3001.59025?25025?300當采用交流鎢極氬弧焊時，一般將鎢極末端磨成半圓球狀，隨著電流增加，球徑也應隨之增加，最大時等于鎢極直徑（即不帶錐角）。隨著鎢極末端錐角增大，弧柱的擴散傾向減小，但熔深增大，熔寬減小，焊縫橫斷面積基本不變。采用等離子弧焊時，鎢電極必須完全是圓柱形并且同心。為便于引弧和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，電極頂端應磨尖呈錐狀，夾角在20°?60。之間，隨著電流增大，其尖錐可稍微磨平或磨成錐球狀、球狀等以減慢電極的燒損。1.4氧弧焊鈣極的選用鎢極氬弧焊（TIG）時，選用鎢極的種類要綜合考慮如下幾個因素：各種鎢極的電弧特性（引弧與穩(wěn)?。⑤d流能力、被焊金屬的材質(zhì)、焊件厚度、電流類型及電極極性，此外，還要考慮電極的來源、使用壽命及價格等。不同金屬鎢極氬弧焊時推薦用的鎢極及保護氣體見表6。表6不同金屬鈣極氬弧焊時推薦用的鴇極及保護氣體金屬種類金屬厚度電流類型電極保護氣體所有厚度交流純鎢或鋯鎢極Ar或Ar+He鋁厚件直流正接針鎢或鈰鎢極Ar+He或Ar薄件直流反接鈰鎢、針鎢或鋯鎢極Ar銅及銅合金所有厚度直流正接鈰鎢或針鎢極Ar+He或Ar薄件交流純鎢或鋯鎢極Ar鎂合金所有厚度交流純鎢或鋯鎢極Ar

薄件直流反接鋯鎢、鈰鎢或釷鎢極鎳及鎳合金所有厚度直流正接低碳、低合金鋼不銹鋼所有厚度薄件直流反接鋯鎢、鈰鎢或釷鎢極鎳及鎳合金所有厚度直流正接低碳、低合金鋼不銹鋼所有厚度

薄件所有厚度

薄件直流正接交流直流正接

交流鈰鎢或針鎢極鈰鎢或針鎢極純鎢或鋯鎢極鈰鎢或針鎢極純鎢或鋯鎢極鈦所有厚度直流正接鈰鎢或針鎢極ArArAr+He或ArArAr+He或ArArAr一般厚板焊接時要求能獲得較大的熔深，為此應采用直流正接和大電流來進行焊接，宜選用載流能力強的釷鎢或鈰鎢極；薄板焊接要求熔深較淺，所以焊接時電流宜小，應采用直流反接的方法，但容易使電極發(fā)熱，因此，電極宜選用引弧容易、穩(wěn)定性好、載流能力強的釷鎢極或鈰鎢極。鋁、鎂及其合金的焊接要求采用交流電，這種情況下電極燒損的程度比直流反接時的小，可以選用較為便宜的純鎢極。美國產(chǎn)鋯鎢極(Zr為0.15%?0.4%)，其載流能力和引弧性能均比純鎢極好，但比釷鎢極差。我國不生產(chǎn)鋯鎢極，但有鈰鎢極，鈰鎢極的綜合性能優(yōu)于釷鎢極，若價格和供貨條件允許，可以取代釷鎢極，因為釷鎢極有微量的放射性，