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1、1钨极氩弧焊及等离子弧焊用电极由钨金属棒作为钨极氩弧焊（TIG）或等离子弧焊（PAW）的电极称为钨电极, 简称钨极，属于非熔化电极的一种。焊接过程中对非熔化电极的基本要求是：能 传导电流、发射电子的能力强、在高温下工作不熔化并且使用寿命长等。金属钨 能导电，其熔点（3410C ）和沸点（5900C ）比其他金属都高，电子逸出功为 4.5eV,与铁相当，在高温时有强烈的电子发射能力。所以金属钨是最适合作钨 极氩弧焊或等离子弧焊所用电极的非熔化电极材料。1.1 钨极的种类及特点钨极氩弧焊用的电极材料与等离子弧焊相同，常用的钨极主要有纯钨、铈钨、 钍钨和锆钨等。常用钨极的种类及化学组成见表1。国外部
2、分钨极牌号及主要化 学成分见表2 。表1常用鸽极的种类及化学组成钨极类型牌号化学纟!成/%WThOCeOZrOSiOFe O+AlOMoCaO纯钨极W199.922一一20.0323230.030.010.01W299.85杂质亍总含量0.15钍钨极WTh-7余量0.70.99一一0.060.020.010.01WTh-10余量1.01.49一一0.060.020.010.01WTh-15余量1.52.0一一0.060.020.010.01WTh-30余量3.03.50.060.020.010.01铈钨极WCe-5余量一0.50杂质总含量0.1WCe-13余量一1.30杂质总含量0.1WCe-
3、20余量一1.82.0杂质总含量0.1锆钨极WZr99.2一一0.150.40其他W0.5纯钨极熔点和沸点高,不易熔化蒸发、烧损，但电子发射能力较其他钨极差不利于电弧稳定燃烧。此外，电流承载能力较低，抗污染性能差。钍钨极的电子发射能力强，电子逸出功为2.7eV,允许的电流密度大，电弧 燃烧较稳定，寿命较长，但钍元素具有一定的放射性，在国外较常采用。牌号化学纟1成/ %标准颜色氧/匕物杂质WWPWT4WT10WT20WT30WT40WZ3WZ8WL10WC20ThO2ThO2ThO2ThO2ThO2ZrO2ZrO2LaO2CeO0.350.550.851.201.702.202.803.203.
4、804.200.150.500.700.900.901.201.802.20W0.200.200.200.200.200.200.200.200.200.2099.8 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量绿色 蓝色 黄色 红色 紫色 橙色 棕色 白色 黑色 灰色表2国外部分钨极牌号及主要化学成分2铈钨极电子逸出功低（2.4eV）,引弧和稳弧性能不亚于钍钨极，化学稳定性 高，允许的电流密度大，无放射性，是目前国内普遍采用的一种。锆钨极的各种性能介于纯钨极和钍钨极之间。在需要防止电极污染焊缝金属 的特殊条件下使用。焊接时，电极尖端易保持半球形，适于交流焊接。1.2 钨极承载电流的能
5、力钨极的电流承载能力除了与它们的化学成分有关外，还受到许多其他因素的 影响，如焊枪的形式、电极夹头的极性、电极直径、电源种类、电极从焊枪中伸 出的长度、焊接位置、保护气体的性质等。在工艺条件相同的情况下，用直流电焊接对各种类型电极的载流能力的影响 没有很大的差别。钨极的载流能力大都与其极性有关，大约 2/3 的热量产生在阳 极上，1/3 的热量产生在阴极上。因此，在不过热条件下，电极接负极（正接法） 时可以承载的电流比电极接正极（反接法）时大得多（约 10倍）；同样，直流 电源情况下电极接负极时的载流能力比交流电情况下的载流能力大。交流电时，纯钨极的载流能力低于其他钨极，而各类电极在对称波形交
6、流电 情况下的电流承载能力要比在非对称形交流电时的电流承载能力小。表 3 列出了 部分国产电极的载流能力。由于电极的最大载流能力取决于很多因素，该表给出 一个近似的电流范围以表达电极载流能力。表3钨电极的载流能力/A电极直径/mm直流正接直流反接交流纯钨钍钨铈钨纯钨1.0206015802080一一1.64010070150501601030201002.0601501002001002003.0140180200300一20401001604.0240320300400一30501402205.0300400420520一40802002806.0350450450550一601002503
7、00纯钨极价格不太昂贵,一般用于对焊接质量要求不太严格的情况下，不过用 交流电进行焊接时，纯钨极的载流能力较低且抗污染性能差。钍钨极载流能力较 好，寿命比较长，抗污染性能较好，易引弧，电弧燃烧较稳定。手工钨极氩弧焊 时，钍钨极的消耗量只有纯钨极的10%20%。等离子弧焊时，国内主要采用钍 钨或铈钨电极，表 4 给出钍钨电极的许用电流，也可供铈钨电极参考。表4等离子弧焊钨极的许用电流民（直流正接）电极直径/mm0.250.51.01.62.43.24.0电流范围/AW155201580701501502502504004005001.3 钨极的表面质量和形状尺寸（1）钨极的表面质量 钨极材料表面
8、在拉拔或锻造加工之后要经过清洗、抛光或磨光。经过磨削后 的钨极表面具有较低的粗糙度，能保证钨极与焊枪的电极夹头之间最大的接触面 积，从而可以获得最大的载流能力；如果采用化学清理，会使得钨极表面较粗糙， 接触电阻会降低载流能力。对于有疤痕、裂纹、缩孔、毛剌或非金属夹杂等缺陷的电极，不应当使用， 因为这些缺陷会影响其载流能力。电极表面的凹凸不平会引起弧柱“回火”现象。（2）钨极的形状尺寸钨极直径范围一般为0.56.4mm,长度范围为76610mm。正确使用钨极可 以获得较稳定的电弧，并能延长钨极的使用寿命。当选定钨极之后，使用时其形 状和尺寸是影响电弧和焊接质量的重要因素。若钨极端面凹凸不平，则产
9、生的电弧不集中也不稳定，所以在使用前，需对 其端部进行磨削以呈尖锥状。磨尖程度应根据焊丝直径和使用的电流大小来确 定，例如在焊接薄板和使用小电流时，可选用小直径钨极，且其末端磨得尖些， 这样容易引弧并且电弧燃烧稳定；但电流较大时，会由于电流密度过大而使末端 过热熔化，从而使钨极烧损增加，同时电弧斑点也会扩展到钨极末端的锥面上， 使弧柱扩散或飘摆不定，故在这种情况下锥角要适当加大或采用平顶锥形的钨 极。表5列出推荐使用的钨极末端形状和电流范围。表5 钨极末端的形状和使用电流范围电极直径/mm尖端直径/mm锥角/ ()直流正接恒定电流范围/A脉冲电流范围/A1.00.125122152251.62
10、.43.20.25202530354560905308501070129015150202002525056081001014012180152502030025300当采用交流钨极氩弧焊时，一般将钨极末端磨成半圆球状，随着电流增加， 球径也应随之增加，最大时等于钨极直径（即不带锥角）。随着钨极末端锥角增 大，弧柱的扩散倾向减小，但熔深增大，熔宽减小，焊缝横断面积基本不变。采用等离子弧焊时，钨电极必须完全是圆柱形并且同心。为便于引弧和提高 电弧燃烧的稳定性，电极顶端应磨尖呈锥状，夹角在2060之间，随着电 流增大，其尖锥可稍微磨平或磨成锥球状、球状等以减慢电极的烧损。1.4 氩弧焊钨极的选用钨
11、极氩弧焊（TIG ）时，选用钨极的种类要综合考虑如下几个因素：各种钨 极的电弧特性（引弧与稳弧）、载流能力、被焊金属的材质、焊件厚度、电流类 型及电极极性，此外，还要考虑电极的来源、使用寿命及价格等。不同金属钨极 氩弧焊时推荐用的钨极及保护气体见表6。表6不同金属钨极氩弧焊时推荐用的钨极及保护气体金属种类金属厚度电流类型电极保护气体铝所有厚度交流纯钨或锆钨极Ar 或 Ar+He厚件直流正接钍钨或铈钨极Ar+He 或 Ar薄件直流反接铈钨、针钨或锆钨极Ar铜及铜合金所有厚度直流正接铈钨或钍钨极Ar+He 或 Ar薄件交流纯钨或锆钨极Ar镁合金所有厚度交流纯钨或锆钨极Ar低碳、低合金钢不锈钢薄件所
12、有厚度所有厚度薄件所有厚度薄件所有厚度直流反接 直流正接 直流正接交流直流正接交流直流正接铈钨或钍钨极 铈钨或钍钨极 纯钨或锆钨极 铈钨或针钨极纯钨或锆钨极铈钨或钍钨极ArAr+He 或 ArArAr+He 或 ArArAr钛一般厚板焊接时要求能获得较大的熔深，为此应采用直流正接和大电流来进行焊接，宜选用载流能力强的钍钨或铈钨极；薄板焊接要求熔深较浅，所以焊接时电流宜小，应采用直流反接的方法，但容易使电极发热，因此，电极宜选用引 弧容易、稳定性好、载流能力强的针钨极或铈钨极。铝、镁及其合金的焊接要求 采用交流电，这种情况下电极烧损的程度比直流反接时的小，可以选用较为便宜 的纯钨极。美国产锆钨极
13、（Zr为0.15%0.4%）,其载流能力和引弧性能均比纯钨极好, 但比针钨极差。我国不生产锆钨极，但有铈钨极，铈钨极的综合性能优于针钨极， 若价格和供货条件允许，可以取代针钨极，因为针钨极有微量的放射性，会给操 作人员的身体健康带来不利的影响。对于铈钨极，它是我国研制成功的产品，其X射线剂量及抗氧性能和针钨极相比有了较大的改善。铈钨极的弧束细长，热量集中，可提高电流密度5%8%， 使用寿命长，而且电子逸出功比针钨极低，故引弧相对容易，燃弧稳定性好。另 外，铈钨极化学稳定性好，阴极斑点小，压降低，烧损小，完全可以取代针钨极。 在机械化焊接应用中，铈钨极或针钨极均比纯钨极更合适，毕竟纯钨极消耗的速 度太快。
