电磁阀插针氩弧焊工艺优化分析

沈凯

摘要：氩弧焊技术已被广泛应用于机械制造行业。本文通过说明氩弧焊的工作原理及优缺点，在现有手动电磁阀插针氩弧焊的基础上，通过分析优化焊接电流、焊接时间、氩气量等工艺条件，解决现有焊接过程存在的问题，降低焊接不良率，提升焊接品质。

关键词：氩弧焊;电弧;焊接工艺

1 引言

氩弧焊作为一门成熟的焊接技术已经被广泛应用于汽车、家电等机械制造行业。氩弧焊技术利用氩气作为保护气体，通过高电流让被焊金属和焊材达到冶金结合，由于在高温熔融焊接中不断输送氩气，使焊材无法与空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化。

电磁阀——家用燃气灶点火熄火保护装置内零部件之一，制作过程中需要对其插针端部进行氩弧焊处理，使线圈与插针熔接后能导通电流，并且封闭燃气泄漏。焊接部位的外径为φ2.36mm。

2 氩弧焊的优缺点分析

2.1优点

氩弧焊过程受氩气保护，能隔绝空气中的氧气、氦气、氢气等对电弧的影响，容易得到致密、无飞溅、质量高的焊点。氩弧焊电弧由于燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，所以生产效率高。又因为氩弧焊为明弧施焊，操作相对简单。电极损耗小，弧长容易保持，所以更加容易实现机械自动化。氩弧焊几乎能焊接所以金属，包括一些难容的金属及易氧化的金属。

2.2缺点

氩弧焊因为热影响区域大，工件在修补后会出现变形、硬度降低、沙眼、开裂等。由于氩弧焊电流密度大，发出的光比较强烈，所以会产生一定的辐射，并且焊接时会产生臭氧，对人体会造成一定的伤害。

3 现有氩弧焊工艺的问题点

氩弧焊采用直流TIG焊，用钨棒作为电极，利用氩气作为保护气体。焊接材质分别为无氧铜（镀层锡）和铜线圈（无漆层）。主要的问题点：1、焊点缺陷，主要表现为有气孔、凹坑，影响气体封闭性，造成燃烧气体泄漏，重大安全隐患。2、焊接过大、歪斜，影响下道工序的配合安装，造成无法组装。3、未引弧、熔接不足，产品需返修，修正后重新焊接，降低一次合格率。4、熔接过量，插针融化过多，导致产品报废，造成损失。

4 氩弧焊分析优化

4.1焊接电流

焊接电流是影响焊接质量重要因素之一，直接影响电弧作用在工件上的温度，由于设备、工件存在一定的差异性，所以选择一个合适的电流区间能使焊接效果更佳稳定。已知电流的变化最直接影响的就是电弧温度，又知无氧铜的质量特性：熔点1802.5～1083℃，20℃时密度为8.94g/cm3，凝固时收缩率为4.92%，比热容391W/（m.℃）。所以电流一般设定在50±10A，以保证焊接的最佳效果。

4.2焊接时间

除了焊接电流，焊接时间也会影响作用在工件上的温度。时间过短，熔化不充分，未熔接;时间过长，熔化过多，工件变形。所以焊接电流和焊接时间是相辅相成的，需要找到一个合适的平衡点。而焊接时间又可以划分成：前置放气时间、电流缓升时间、实际焊接时间、电流缓降时间、延迟放气时间。合理的分配时间才能使焊接品质更加稳定，并且不影响工作效率。

4.3钨棒

根据工件的材质选择合适的钨棒。钨极分类具体如下：1、红头是钍钨电极，目前最稳定也是应用最广泛的钨电极。2、灰头是铈钨电极，目前使用范围仅次于钍钨的电极，尤其在低电流直流的条件上应用居多。3、绿头是纯钨电极，目前使用较少，对焊接条件的要求不高。4、白头是锆钨电极，目前应用较多。5、金黄头和天蓝头都是镧钨电极，分别是WL20和WL15，应用范围非常广泛，是最有前景的焊接电极。考虑的钨棒的适用性和成本，红头钨棒任然是使用最多的。

钨棒加工，钨极头部的角度直接影响电弧的成形，一般来说焊接电流较大时，角度较大;反之，焊接电流较小时，角度较小。角度较小更加容易引弧，但相反使用寿命就越短，所以同样需要权衡。

4.4焊接位置

由于工件较小，焊接精度相对较高，要保证焊枪牢固的固定在工装夹具上。为了方便调节上下、左右、前后的位置，工装夹具被安装在X、Y、Z轴的精密滑台上。只要轻微的旋转旋钮，就能细微的调节各个位置的距离。工件的插针则被固定在工作台面上，被两块作为导体的铜块夹紧，铜块与焊机电极相连。

钨棒露出瓷嘴的长度根据实际情况而定。一般来说，钨棒在瓷嘴的里面会影响视线，不方便调整对位，瓷嘴也容易被烧坏。但钨棒露出瓷嘴太长，气体的保护效果不佳，易被氧化。

钨棒与被焊工件的距离如果太大，导致无法起弧或电弧飘散，焊接效果不佳。若距离太小，电弧不集中或钨棒与工件熔化后粘连在一起。

4.5氩气量

氩气是一种比较理想的保护气体，化学性质非常不活泼，即使在高温下也不和金属发生化学反应。氩气也不溶于液态的金属，因而不会引起气孔。氩气的比热容和热传导能力小，电弧中的热量不易散失，使焊接电弧燃烧稳定，热量集中，有利于焊接的进行。

氩弧焊时，氩气流量过小，气流挺度不够，影响保护效果，造成工件氧化;氩气流量过大，容易形成紊流，同样影响保护效果。生产过程中发现，氩气量太小，会直接影响焊接品质，焊点氧化后会呈现红褐色;氩气量太大，焊点表面会形成一层黑色物质，虽然可以擦拭掉，但仍然希望能避免。

4.6电极

直流钨极氩弧焊时采用直流电流，没有极性变化，因此电弧燃烧非常稳定。工件接电源正极，钨极接电源负极称为正接法，反之，则称为反接法。

一般采用正接法，电弧燃烧时，弧柱中的电子流从钨极跑向工件，正离子流跑向钨极。由于此时钨极为阴极，具有很强的热电子发射能力，大量高能量的电子流从阴极表面发射出来，跑向弧柱。在发射电子流的同时，这些具有高能的电子要从阴极带走一部分能量，即阴极以气化潜热形成失掉一部分能量，这些能量的损失将造成阴极表面的冷却，此时钨极烧损极少。同时由于阴极斑点集中，电弧比较稳定。

负极与配套标准焊炬相连接，正极需要制作非标的工装夹具，起固定工件与导通电流的作用。考虑到导热性，主体为黄铜材质，与工件接触的位置为钨，这样既保证了导热性，同时兼顾了使用寿命。

4.7 维护与清扫

氩弧焊过程中会产生少量的飞溅物，掉落在焊炬内，不仅会影响电弧的稳定性，还会影响保护气体的输送。所以需要定期将电极帽、瓷嘴拆卸下来清洗。同样正极的工装夹具长时间使用表面会氧化，且附着大量的飞溅物，所以同样需要定期清洁。

5 结语

综上所述，造成氩弧焊不良的原因有多种，本文对可能发生的原因及相应的影响进行了逐一分析，但不仅限于本文所述。而针对不同的产品又存在不一样的焊接条件，而真正属于电磁阀插针氩弧焊的工艺的参数条件还需要通过一系列的实验论证加以体现。而真正论证及优化的过程是相当复杂繁琐的，但经过优化，氩弧焊焊接的品质必然会有所提高，不良率也会有所下降。

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