雙鎢電極氬弧焊耦合電弧壓力分析

鎢電極氬弧焊是一種應(yīng)用非常廣泛的高品質(zhì)焊接方法 。但是，該方法的一個(gè)顯著的缺點(diǎn)就是熱輸入量小，熔敷效率低，焊接速度慢，成為制約其在高效焊接生產(chǎn)中應(yīng)用的主要因素。而依靠提高電流來增大熱輸入以增加熔敷率的方法又會(huì)導(dǎo)致電弧壓力的大幅度提高，容易出現(xiàn)咬邊、熔穿等缺陷，應(yīng)用起來很受限制。因此，在保留它原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提高其焊接效率成為亟待解決的問題。

目前，有一些途徑可以提高TIG焊接的熔敷率，例如活性化TIG焊和雙面焊等。日本的焊接工作者近年提出了雙鎢極氬弧焊方法(T-TIG)， 并在大型厚壁的罐體焊接中取得了很好的焊接效果。該方法通過設(shè)置在同一焊槍中的兩個(gè)相互獨(dú)立的鎢電極聯(lián)合產(chǎn)生的耦合電弧進(jìn)行焊接。該電弧能夠在大電流下保持小的電弧壓力，可以避免在增加熔敷率的同時(shí)，過大的電弧壓力所導(dǎo)致的熔穿和咬邊等缺陷出現(xiàn)。

雙鎢電極氬弧焊槍中設(shè)置兩個(gè)相互絕緣并具有各自導(dǎo)電通道的鎢電極，耦合電弧就是由這兩個(gè)鎢極產(chǎn)生的電弧耦合而成的。采用通用的靜態(tài)小孔法對燃燒穩(wěn)定的直流雙鎢極氬弧焊的電弧壓力分布進(jìn)行測量。

焊接電源采用直流氬弧焊電源，測壓元件使用高分辨率的擴(kuò)散硅壓差傳感器，其響應(yīng)速度快，陽極采用水冷銅板，其上開有直徑為0.5 mm的測量小孔，將作用于該點(diǎn)的電弧壓力通過導(dǎo)管傳至壓差傳感器，把壓力值轉(zhuǎn)換為電信號。

隨著焊接電流的增加，耦合電弧對電弧壓力的抑制作用越強(qiáng)烈，原因是電流的增加導(dǎo)致電流密度增大，使電弧壓力整體上增大。同時(shí)根據(jù)電磁學(xué)原理，電流密度的增大會(huì)導(dǎo)致由兩個(gè)鎢電極產(chǎn)生的兩個(gè)電弧之間的引力增大，它們之間吸引程度增強(qiáng)。因而，耦合電弧中心處的電流密度相對于兩邊的會(huì)更大，造成了電弧壓力從“平臺狀”向“尖頂狀”的變化 。而且，單弧的電流密度隨著焊接電流的增加迅速增大；但對于耦合電弧，鎢電極間距的存在使得電流密度增大的幅度沒有單弧的大。隨著電流的增加，這種差距就越明顯。所以造成了電弧壓力的相對降低。這個(gè)特性使耦合電弧可以承載比單弧大得多的電流而不會(huì)產(chǎn)生過大的電弧壓力。在增加了TIG焊的熔敷率的同時(shí)，避免了過大電弧壓力所造成的缺陷。

耦合電弧的壓力隨弧長的增加而增大，分布逐漸從“平臺狀”趨于“尖頂狀”產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是隨著弧長的增加，兩個(gè)鎢極各自產(chǎn)生的電弧體末端的吸引程度增強(qiáng)，造成了耦合電弧中心處電流密度的增加。從而使此處電弧壓力增大，造成了分布趨向“尖頂狀”。同時(shí)中心處電流的增大，使得偏離中心區(qū)域的電流密度減小，此處的電弧壓力也就隨之減小了 。

在不同的鎢極間距下，隨著間距的減小，耦合電弧壓力的峰值逐漸變大，壓力分布逐漸由“平臺狀”向“尖頂狀”過渡。這是因?yàn)椋�間距的減小使兩個(gè)鎢電極各自產(chǎn)生的電弧吸引程度增強(qiáng)，造成了耦合電弧的中心處的電流密度增大，導(dǎo)致了中心處壓力峰值的絕對增大。同時(shí)，這種變化也使電弧偏離中心區(qū)域的電流密度相對減小，從而引起了壓力分布形態(tài)的。

鎢電極形狀的改變會(huì)對電弧壓力的分布產(chǎn)生影響，使用偏鎢極時(shí)電弧壓力分布較使用普通鎢極集中，壓力在峰值區(qū)增大，在偏離中心處減小。由此可以推斷，偏鎢電極對電弧電流的導(dǎo)向作用使得耦合電弧中心處的電流密度增大，而其它部分的電流密度減小，造成了電弧壓力分布的改變。