氩弧焊运用于压缩机储液器焊接工艺分析与应用

王小峰

摘 要：本文在介绍氩弧焊接的工艺特点的前提下，结合压缩机结构中储液器与支架的材料特性，明确了将其两者采用焊接固定的相关工艺。该工艺经过实验检讨，对应产品完成品质评价，最终确定了压缩机储液器采用该焊接工艺的可行性。为我司储液器焊接式样压缩机的工艺开发及量产化生产工艺提供帮助。

关键词：氩弧焊；钨针；直流正接；压缩机

1 引言

钨极氩弧焊，它是使用纯钨或活化钨电极，以惰性气体—氩气作为保护气的气体保护焊方法。钨棒电极只起导电作用不熔化，通电后在钨极和工件间产生电弧，利用电弧产生的热量熔化工件的接头处而形成熔池，熔池冷却后形成焊缝。这种方法已广泛应用于对焊缝质量要求较高的高强度钢、高合金钢和有色金属的焊接。

目前，压缩机结构中，储液器的固定方式主要均为采用箍带配合螺钉紧固对应，造成压缩机储液器的回转振动值较大，引发噪音问题。通过理论分析和实验检讨，确认储液器与支架采用焊接固定方式对储液器的回转振动及压缩机的噪音较大的改善。因此，确定一种适合的、有效的焊接方法，对压缩机制造及其噪音改善有十分重要的作用。

2 钨极氩弧焊的原理及特点

2.1 钨极氩弧焊的原理

钨极氩弧焊是用钨棒作为电极，采用氩气进行保护的焊接方法。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及热影响区的有害影响，从而获得优质焊缝。

2.2 钨极氩弧焊的优点

由于氩气是惰性气体，具有极好的保护作用，能有效地隔绝空气，保证高温下被焊金属中合金元素不会被氧化烧损，同时它本身既不与金属发生化学反应，也不溶于液态金属，使得焊接过程中熔池的冶金反应简单易控制，不需要使用焊剂就几乎可以焊接所有的金属，焊后不需要去除焊渣，为获得高质量的焊缝提供了良好条件。

钨极氩弧焊的电弧非常稳定，即使在很小的电流情况下仍可稳定燃烧，热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整，且焊接过程采用氩气保护无焊渣，且为明弧焊接，电弧、熔池可见性好，便于观察和操作，适合各种位置焊接，技术容易掌握，也容易实现机械化和自动化。

3 钨极氩弧焊工艺

3.1 焊接的电源种类与极性

一般根据被焊材料的特性，氩弧焊焊接电源可以选择直流或交流，而为直流电源时，根据不同的材料，又可以选择正接法或反接法。采用交流电焊接时，具有阴极破碎作用，在工件为负时，钨极为正的半周波里，因受到正离子的轰击，工件表面的氧化膜破裂，使液态金属容易熔合在一起，通常用来焊接表面有致密的高熔点氧化膜的铝、镁及其合金。

采用直流正极性的工艺方法时，工件接正极，其温度较高，适于焊接厚工件及散热快的金属，钨极接负极，温度低，可提高许用电流，用时钨极烧损小，电弧的稳定性较好。

压缩机结构中，储液器及其相连接的储液器支架均为低合金高强度钢，焊接时所需的热量较大，电流较高。为了提高钨极的使用寿命，保证电弧的稳定，对应的焊接电源种类与极性，我们确定为采用直流正极性，即采用直流电源，配合工件接电源正极，焊枪接电源负极的工艺方法。

3.2 氩气的使用

氩气是一种惰性气体，在常温下与其它物质均不起化学反应，在高温下也不溶于液态金属中。焊接时，保护气体不仅仅是焊接区域的保护介质，也是产生电弧的气体介质。为起到良好的保护作用，氩气的流量也应得到控制。若氩气流量过小，保护气流软弱无力，保护效果不好，易产生气孔好焊缝被氧化，同时钨极也容易因氧化而烧损；若氩气流量过大，容易产生紊流，保护效果也不好，还会影响电弧的稳定燃烧。通常，可按下列公式计算氩气的流量：Q=（0.8～1.2）D

式中：Q—氩气流量（l/min），D—喷嘴直径（mm）

对应储液器焊接工艺检讨时，我们通过观察焊缝及钨极形状和颜色的变化，对氩气流量设定是否合适进行判断。焊后钨极端部为银白色，则说明保护效果好；如果焊后钨极发蓝，说明保护效果差。并且，我司采购的焊接设备中，焊枪上喷嘴直径为φ10mm，最终，在实际工艺确定时，明确氩气的流量范围为10±2L/min。

3.3 钨极的端部形状及伸出长度

钨极端部形状是一个重要焊接参数，根据所用焊接电流种类，可以选择不同的端部形状。并且尖端角度的大小会影响钨极的许用电流、引弧及稳弧性能。通常，小电流焊接时，选用小直径钨极和小的锥角，可使电弧容易引燃和稳定；在大电流焊接时，增大锥角可避免尖端过热熔化，减小损耗，并防止电弧往上扩展而影响阴极斑点的稳定性。

钨极尖端角度对焊缝熔深和熔宽也有一定影响。随着尖端角度增加，将引起弧柱扩散，导致熔深减小，熔宽增大；随着尖端角度减小，弧柱扩散倾向减小，熔深增大，熔宽减小。焊接电流越大，对应上述变化会越明显。

钨极伸出长度是指钨极尖端到钨极夹那一段钨极的长度，它不仅影响保护效果，还影响钨极的最大允许电流。因为这段钨极传导焊接电流不仅受电弧热作用，而且电流流过时，会产生电阻热，因此，这段长度越长，同一直径的钨极的许用电流越小。钨极伸出长度越短，喷嘴离工件越近，对钨极和熔池的保护效果越好，但妨碍观察熔池，并且容易烧坏喷嘴。

3.4 焊接电压

钨极氩弧焊的电弧电压主要是由弧长决定的，而弧长指钨极尖端与焊接工件之间的距离。弧长增加，电弧电压增高，焊缝宽度增加，熔深减小，电弧太长电弧电压过高时，容易引起未焊透及咬边，而且保护效果不好，引起电极的异常烧损，在焊缝中发生气孔。但电弧也不能太短，电弧电压过低，电弧太短焊丝给送时容易碰到钨极引起短路，使钨极烧损，还容易夹钨。钨极氩弧焊的电弧长度根据电流值的大小通常选择1.2～5mm之间。需要填加焊丝时，要选择较长的电弧长度。

钨极氩弧焊的焊接电流通常是根据工件的材质、厚度和接头的空间位置来选择的，焊接电流增加时，熔深增大，焊缝的宽度和余高稍有增加，但增加很少，焊接电流过大或过小都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。一般来说，对于焊接电流的大小，可通过参考焊接强度实验及熔深实验进行确认。

4 压縮机焊接的应用

目前，在压缩机结构中，外部材料较多均为碳钢板材，相互之间的连接，主要采用二氧化碳气体保护焊接工艺。而压缩机上的储液器，因属于薄壁材料，且其固定要求对应局部固定即可，若采用二氧化碳气体保护焊接工艺容易出现焊穿等不良问题。现有的固定方案较多均为采用箍带配合螺钉紧固的方式对应。

针对该结构，考虑到钨极氩弧焊工艺的稳定性较好，焊接薄壁材料存在较大优势的特点，在储液器固定方式上采用钨极氩弧焊即成为可能。

经过前期工艺摸索检讨，针对储液器固定的钨极氩弧焊工艺已经得到初步确认，相关的工艺评价结果确认合格。

5 钨极氩弧焊的有害因素

首先，若采用钍钨极，其中的钍是放射性元素，但钨极氩弧焊时钍钨极的放射剂量很小，在允许范围之内，危害不大。如果放射性气体或微粒进入人体作为内放射源，则会严重影响身体健康。因此，因尽可能采用放射性剂量极低的铈钨极，对应钨极加工时，应采用密封式或抽风式砂轮磨削，操作者应配戴口罩，手套等个人防护用品，加工后要洗净手脸。

其次，氩弧焊时，弧柱温度高，紫外线辐射强度远大于一般焊条电弧焊，因此在焊接过程中会产生大量的臭氧和氧氮化物，尤其臭氧的浓度远远超出参考卫生标准。如不采取有效通风措施，这些气体对人体健康影响很大，是氩弧焊最主要的有害因素。因此，氩弧焊的工作现场要有良好的通风装置，以排出有害气体及烟尘。

6 结语

本文主要通过阐述钨极氩弧焊工艺的特点，结合压缩机储液器与支架的材料特性，明确了该焊接工艺的主要方向。同时，将该焊接工艺运用于实验检讨，通过相关的品质评价，确认了焊接工艺的有效性。最终，使氩弧焊工艺在压缩机储液器与支架的固定方式上成功实施。为储液器焊接式样压缩机的工艺开发及量产化制造，扫清了工艺障碍。

参考文献：

[1]焊接学会.焊接手册第一卷[M].北京；机械工业出版社，2008.1.1.