弧焊，是使用氬氣作為保護(hù)氣體的一種焊接技術(shù)。又稱氬氣體保護(hù)焊。就是在電弧焊的周圍通上氬保護(hù)氣體，將空氣隔離在焊區(qū)之外，防止焊區(qū)的氧化。
氬弧焊技術(shù)是在普通電弧焊的原理的基礎(chǔ)上，利用氬氣對金屬焊材的保護(hù)，通過高電流使焊材在被焊基材上融化成液態(tài)形成熔池，使被焊金屬和焊材達(dá)到冶金結(jié)合的一種焊接技術(shù)。由于在高溫熔融焊接中不斷送上氬氣，使焊材不能和空氣中的氧氣接觸，從而防止了焊材的氧化，因此可以焊接耐酸鋼、鐵類五金金屬。
在操作過程中需注意，氬弧焊會產(chǎn)生金屬粉塵和有害氣體、紫外線、高頻電磁場和放射線等有害因素，需采取相應(yīng)的防護(hù)措施。
歷史沿革
鎢極氬弧焊起源于C.L.Coffin在非氧化性氣氛中進(jìn)行焊接的構(gòu)想，他在1890獲得該構(gòu)想的專利。20世紀(jì)20年代Hobart和Dcvcrs先后對該構(gòu)想進(jìn)行了改進(jìn)，分別利用氦氣和氬作保護(hù)氣體進(jìn)行焊接。1930年美國發(fā)明惰性氣體保護(hù)焊技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)斗機(jī)鎂部件的焊接需求刺激了該方法的迅速發(fā)展。
Northrup Aircraft公司與Dow化學(xué)公司的工程師聯(lián)合發(fā)明了一種適合于鎂的焊接方法，而Hobart和Devers發(fā)明的惰性氣體保護(hù)焊不僅是鎂的理想焊接方法，也是鋁合金及耐酸鋼的理想焊接方法。該方法直到1941年才得以完善，被命名為氦弧焊，因?yàn)樽畛醪捎玫谋Ｗo(hù)氣體為氦氣。Meredith獲得了氦弧焊的專利權(quán)。后來，專利權(quán)又被授予給發(fā)明了水冷式焊槍的Linde航空制品公司。自此，鎢極惰性氣體保護(hù)焊成為一種重要的焊接方法，可焊接不銹鋼、高溫合金、鈦合金、鋁合金等材料，用于核能、航空航天、船舶、電子、冶金等工業(yè)。1957年中國開始使用鎢極氬弧焊技術(shù)，進(jìn)一步推動了該技術(shù)在全球的應(yīng)用。
1948年，在Air Reduction公司的資助下，Battelle Memorial研究所成功地開發(fā)出熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)，這種方法采用的保護(hù)氣體類似于鎢極惰性氣體保護(hù)焊，但用連續(xù)送進(jìn)行的焊絲代替了鎢極。最初，主方法采用的是粗焊絲配陡降外特性電源的匹配方式，其使用范圍有限;而在引入了細(xì)燭絲配平特性電源的匹配方式后，其應(yīng)用范圍顯著擴(kuò)大。H.E.Kennedy最先獲得了該方法基本原理的專利。
1953年，Lyubavski和Novoshilov發(fā)明了CO2氣體保護(hù)焊。這種方法一問世就立即得到了高度重視，因?yàn)樗褂玫脑O(shè)備與熔化極惰性氣體保護(hù)焊相同，但使用成本低，因此非常適合于鋼的焊接。CO2電弧溫度很高，利用粗焊絲焊接時需要使用很大的電流才能保證電弧的穩(wěn)定，因此，只有在采用了細(xì)焊絲和經(jīng)過改進(jìn)的弧焊電源后，這種方法才獲得了廣泛應(yīng)用。改進(jìn)后的焊接工藝為短路過渡工藝，被稱為“細(xì)絲”、短弧、短路過渡CO2焊”，這種工藝改進(jìn)是在1958年末至1959年初完成的。短路過渡CO2焊適合于全位置焊接和薄板的焊接，已成為應(yīng)用最廣泛的一種熔化極氣體保護(hù)焊。
熔化極惰性氣體保護(hù)焊的另一種改進(jìn)形式是混合氣體保護(hù)焊，利用惰性氣體和少量氧氣或二氧化碳的混合氣體作保護(hù)氣體，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的噴射過渡。從20世紀(jì)60年代，這種混合氣體保護(hù)焊就開始得到廣泛應(yīng)用。后來，又利用脈沖電流代替了一般的直流電流，出現(xiàn)了熔化極脈沖氬弧焊。焊接時，電流以一定的頻率交替地從峰值電流切換為基值電流。最初的脈沖頻率等于網(wǎng)壓頻率的2倍，而目前使用的頻率有多種。截止2023年，這種熔化極脈沖氬弧焊的應(yīng)用越來越普遍。
技術(shù)原理
氬從焊槍（焊炬）的噴嘴噴出，在焊接區(qū)形成連續(xù)封閉的氬氣層，使電極和金屬熔池與空氣隔絕，防止有害氣體（如氧、氮等）侵入，對電極和焊接熔池起著機(jī)械保護(hù)的作用。同時，由于氬氣是一種惰性氣體，既不與金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶解于液體金屬，從而母材中的合金元素不會燒損，焊縫不易產(chǎn)生氣孔。
常見分類
非熔化極氬弧焊
非熔化極氬弧焊（TIG焊）可分為手工鎢極氬弧焊、半自動鎢極氬弧焊、自動鎢極氬弧焊和脈沖鎢極氬弧焊，其原理是通過鎢電極與工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化金屬進(jìn)行焊接，焊接過程中氬氣作為保護(hù)氣體覆蓋熔池，有效隔絕空氣防止金屬氧化和氮化。非熔化極氬弧焊是電弧在非熔化極（通常是鎢極）和工件之間燃燒，在焊接電弧周圍流過一種不和金屬起化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體（常用氬氣），形成一個保護(hù)氣罩，使鎢極端部、電弧和熔池及鄰近熱影響區(qū)的高溫金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體。從而形成致密的焊接接頭，其力學(xué)性能非常好。非熔化極氬弧焊由于焊接電流受電極（鎢極）的限制，電弧功率小，只適用于薄工件的焊接。
熔化極氬弧焊
熔化極氬弧焊（MIG焊和MAG焊）分為自動、半自動和脈沖熔化極弧焊三種，其工作原理為：焊絲通過絲輪送進(jìn)，導(dǎo)電嘴導(dǎo)電，在母材與焊絲之間產(chǎn)生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣體氬氣保護(hù)電弧和熔融金屬來進(jìn)行焊接的。MIG焊和MAG焊都是熔化極氬弧焊，其區(qū)別主要是采用的保護(hù)氣體不同，MIG焊采用的保護(hù)氣體是Ar或Ar+He，而MAG焊采用的保護(hù)氣體為惰性氣體加少量氧化性氣體，如Ar+0Ar+CO2、Ar+CO+O2，其中氧化性氣體，一般O2：2% ~5%、CO2：5%~20%，在基本不改變性氣體電基特性條件下以進(jìn)一步提高電弧穩(wěn)定性。
MIG焊根據(jù)所用焊絲及焊接規(guī)范的不同，可采用短路過渡大滴過渡、射流過渡、亞射過渡及脈沖射流過渡，生產(chǎn)效率比TIG焊高，焊接變形比TIG焊小，母材熔深大，填充金屬熔敷速度快，易實(shí)現(xiàn)自動化，電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴過渡平穩(wěn)、安定，無劇烈飛濺，在整個電弧燃燒過程中，焊絲連續(xù)等速送進(jìn)。可焊接所有金屬，如碳鋼、低合金鋼，特別適合焊接鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、鈦及鈦合金、銅及銅合金、不銹鋼。能板材厚度最薄1mm，也適合焊中、厚板，可全位置焊接。
MAG焊可采用短路過渡、噴射過渡和脈沖噴射過渡進(jìn)行焊接，能提高熔滴過渡的穩(wěn)定性，穩(wěn)定陰極斑點(diǎn)，提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，增大電弧熱功率，減少焊接缺陷及降低焊接成本，獲得優(yōu)良的焊縫質(zhì)量。適用于碳鋼、低合金和不銹鋼的焊接。適合于全位置焊接。
特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
氬不僅能有效地保護(hù)接區(qū)，而且具有既不于金屬又不與金屬發(fā)生反應(yīng)的特點(diǎn)，因此可焊接的材料范圍很廣，幾乎所有的金屬材料都可進(jìn)行氬弧焊。特別適合焊接化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬及其合金，如奧氏體不銹鋼，鋁、鎂、銅、及其合金的焊接。氬弧焊打底時，由于電弧受到氬氣流的壓縮和冷卻作用，使電弧加熱集中，熱影響區(qū)縮小，因此焊接接頭變形量比較小，殘余應(yīng)力也較小，同時焊接生產(chǎn)效率高，裂紋傾向小。故適用于薄板的焊接。氬氣在電弧的作用下，將產(chǎn)生電離，質(zhì)量較的正離子以極大的速度沖向陰極，使陰極產(chǎn)生高溫，可將難熔的氧化膜粉碎和汽化。因此，在焊接各種金屬和合金時，不需要使用焊劑或熔劑，就能獲得優(yōu)質(zhì)焊縫氬弧焊是明弧焊，焊接時易于觀察，操作簡便，能在各種空間位置進(jìn)行焊接，并容易實(shí)現(xiàn)焊接過程的機(jī)械化和自動化。
缺點(diǎn)
氬弧焊中的氬氣的電離勢較高，交流電源的電弧不穩(wěn)定。氬弧焊會激發(fā)出較強(qiáng)的紫外線并產(chǎn)生臭氧，這對操作者的身體有一定影響。需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。
技術(shù)組成
保護(hù)氣體
氬氣
氬是惰性氣體，具有高溫下不分解又不與焊縫金屬起化學(xué)反應(yīng)的特征。氬弧引燃后，就能比較穩(wěn)定地燃燒。這是因?yàn)闅鍤馐菃卧託怏w，無分子分解成原子的過程，所以電離時能量損失較少。氯氣的熱容量與熱導(dǎo)率較小，故只要較小的熱量就可把電弧空間加熱到高溫，且電弧的熱量不易散失，這有利于氣體的熱電離，致使電弧燃燒穩(wěn)定。氬氣在空氣中含量極少，按體積分?jǐn)?shù)計算，僅占0.93%，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，僅占1.3%。它比空氣重，沸點(diǎn)為-185.7C。氯氣是在液態(tài)空氣分餾制氧時獲得的。但由于氯的沸點(diǎn)介于氧氣和氮?dú)獾姆悬c(diǎn)之間(氧的沸點(diǎn)是-183C，氮的點(diǎn)是-195.8C)沸點(diǎn)溫度差值小，所以在制時，氯氣中會含有一定數(shù)量的氧氮、二氧化碳和水分。如果這些雜質(zhì)含量過多，就會削弱鼠氣的保護(hù)作用，并直接影響焊縫的質(zhì)量和造成鎢極的燒損。氬弧焊用的氯氣，其純度一般應(yīng)大于99.95%以上。對化學(xué)性能活潑的金屬，如鋁、鎂、鉆及其合金，氣純度要求應(yīng)更高些。
富氬混合氣體
在氯氣中加入一定量的另一種或兩種氣體后，可以分別在細(xì)化熔滴、減少飛濺、提高電弧穩(wěn)定性、改善熔深以及提高電弧的溫度等方面獲得滿意的效果。富氬混合氣體主要應(yīng)用在熔化極氬弧焊上，如前所述，MIG焊和MAG焊的主要區(qū)別就是其保護(hù)氣體的不同。常用的富氯混合氣體有以下幾種：Ar+He、Ar+O2、Ar+CO2、Ar+ H2、Ar+N2。
電極材料
鎢極氬弧焊所用的電極材料主要有純鎢、鎢和鎢三種，純鎢高溫?fù)]發(fā)性較小，是使用最早的電極材料。但是，純鎢棒發(fā)射電子的電壓較高，要求焊機(jī)具有較高的空載電壓外，純鎢極在大電流或長時間的工作過程中極易燒損，因此，現(xiàn)已很少使用。在純鎢中加人1%~2%的氧化釷，用它制成的釷鎢極，具有較高的熱電子發(fā)射能力和耐熔性，但釷鎢具有放射性，為了消除釷鎢極的放射性問題，目前采用含氧化鈰2%來代替鈰鎢。鈰鎢極比釷鎢極具有更多的優(yōu)點(diǎn)，除無放射性危害外，還具有弧束細(xì)長、電流密度高、熱量集中、燒損率低、使用壽命長、易引弧且電弧穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此，鈰鎢是一種較為理想的電極材料。
焊絲
焊絲是焊接時作為填充金屬或同時作為導(dǎo)電的金屬絲，焊絲的分類通常有以下幾種，按照焊接方法可分為埋弧焊焊絲、CO2焊焊絲、鎢極弧焊焊絲、熔化極氬弧焊焊絲、自保護(hù)煤絲和電渣焊煤絲等。按照焊絲的形狀結(jié)構(gòu)可分為實(shí)心焊絲、藥芯焊絲及活性焊絲等， 按照適用的金屬材料可分為低碳鋼絲、低合焊絲、鎢鋼堆焊焊絲、鋁、銅及鑄鐵焊絲等。
應(yīng)用領(lǐng)域
汽車工業(yè)
MlG/MAG法是汽車工業(yè)中常用的一種焊接方法,它的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在焊著率高、焊條或焊料成本低、填料金屬利用率高、可以實(shí)現(xiàn)半自動或全自動焊接、操作簡單、對其操作技術(shù)要求低、產(chǎn)生焊弧準(zhǔn)時以及可減少煙氣的產(chǎn)生等。
工程機(jī)械行業(yè)
工程機(jī)械所涉及的焊接技術(shù)比較多，焊接方式有全自動焊、半自動焊和焊條電弧焊，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性多以CO2氣體保護(hù)焊、富氬焊、氬弧焊、埋弧焊和電阻焊為主。結(jié)構(gòu)件在焊接前需將板材件、鑄鋼件點(diǎn)固成一個整體，通常采用專用組對工裝和三維柔性工裝。專用組對工裝需要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度要求等專門設(shè)計，采用通用或?qū)Ｓ玫亩ㄎ粖A緊機(jī)構(gòu)滿足零部件定位準(zhǔn)確、夾緊牢靠的要求。
壓力容器
壓力容器由于承載的介質(zhì)不同，所要求的壓力也各不相同，但大多數(shù)壓力容器對于壓力的要求都非常高。特別是盛放有毒、易燃易爆、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的壓力容器，一旦發(fā)生事故，常常會威脅到人民群眾生命和財產(chǎn)的安全為避免重大安全事故的發(fā)生，必須從源頭抓起，確保壓力容器的制造質(zhì)量，而要想保證壓力容器的制造質(zhì)量，必須加強(qiáng)壓力容器的焊接質(zhì)量管理在壓力容器的服役過程中，壓力容器的主要性能，包括致密性和強(qiáng)度，依靠焊接過程的控制得到。
造船業(yè)
船舶建造過程主要分為船體和管道的加工，管道生產(chǎn)加工占船舶建造總工時的8%~12%，常見的管道結(jié)構(gòu)類型有直管、彎管、錐形過渡管、偏心過渡管、等徑三通管及馬鞍形連接管等。由于其多樣化、多品種、離散性的特點(diǎn)，使得手工焊在管道加工過程中容易出現(xiàn)成形質(zhì)量差，合格率較低等情況，因此對管道焊接自動化的研究從未停止。首先是管道焊接過程中的對接問題，傳統(tǒng)的管道對接焊主要依靠工人經(jīng)驗(yàn)，先在管道連接處進(jìn)行劃線、定位、定位焊后再進(jìn)行焊接，這不僅不能保證高效率和高質(zhì)量，而且很費(fèi)時。浙江大學(xué)針對船舶管道對接問題，開發(fā)了一種新型船舶管道焊接輔助裝置，該結(jié)構(gòu)結(jié)合液壓電子鎖裝置，能夠更方便、更可靠地對齊、居中和鎖定兩條焊接管道；其次是管道焊接機(jī)器人裝備的設(shè)計，由江蘇科技大學(xué)、上海外高橋造船有限公司和昆山華恒焊接設(shè)備技術(shù)有限公司，結(jié)合機(jī)器人位置傳感技術(shù)、電弧跟蹤技術(shù)、機(jī)器人協(xié)同主從控制技術(shù)，以及開啟式變位機(jī)鏈輪傳動裝置和MIG自動焊接專家系統(tǒng)等。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
氬弧焊遵循的標(biāo)準(zhǔn)有《工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50184-2011）、《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》（GB 50236-2011）《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50683-2011）等。
發(fā)展趨勢
未來氬弧焊將朝著更加高效、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。例如，通過機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動化焊接，減少人工操作，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。同時，隨著新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，氬弧焊的適用范圍也將不斷擴(kuò)大，為各行業(yè)的發(fā)展提供更加可靠的技術(shù)支持。
安全及危害
安全用電
觸電原因
手工氬弧焊造成觸電原因很多，主要有以下幾種：焊機(jī)合閘、拉閘及調(diào)節(jié)電流;接觸焊件進(jìn)行操作;在金屬管道和容器中工作，電焊機(jī)外殼漏電;焊槍絕緣不好漏電;其他機(jī)械設(shè)備的電器漏電等。
防范措施
為了防止個人觸電事故，焊工必須按操作規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行工作，遵守安全規(guī)程，同時也要采取一定的措施：電焊機(jī)啟動時盡量采用磁力啟動器合閘；電焊機(jī)要有良好的絕緣盒可靠地接地；焊槍要用有良好的隔熱、絕緣性能的材料制作；焊工工作時要穿干燥的工作服和絕緣鞋，帶皮手套；作場所的照明要按定選用36V或12V的行燈。
危害
危害因素
金屬粉塵和有害氣體
氬弧焊時，金屬粉塵和有害氣體主要是臭氧和氮氧化物，其濃度較手工電弧焊高4~5倍同時存在，對人的呼吸器官有刺激作用。
紫外線
氬弧焊的紫外線強(qiáng)度要比手工電弧焊強(qiáng)5~10倍，這樣強(qiáng)的紫外線易引起焊工的電光性眼炎和裸露皮膚的灼傷。
高頻電磁場
氬弧焊的高頻引弧有高頻電磁場存在，對人體產(chǎn)生生物效應(yīng)，具有一定的危害性。
放射性
鎢極氯弧焊使用的鎢棒，多采用加入1%~2%氧化針的針鎢棒。針具有少量的放射性。在焊接過程中，針的衰變對人體有一定危害。但由于操作者工作時都穿了工作服，并保持一定距離故對人體的危害不大。而在磨制鎢棒時，粉塵較多，粉塵中有放射性粒子存在，要注意采取防護(hù)措施。
防護(hù)措施
改善勞動場所工作條件，焊接時金屬粉塵和有害氣體使工作場所的空氣遭到污染。采取通風(fēng)的辦法可以有力地改善勞動場所的工作條件，排出被污染的空氣，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。在廠房、容器、溝道等處焊接時，自然通風(fēng)不能排除污染的空氣，可采取針對性的機(jī)械排風(fēng)方式，比如在焊接工作量大、焊機(jī)集中的地方安裝幾臺軸流風(fēng)機(jī)向外排風(fēng)，這種辦法簡便易行，效果較好；若在容器內(nèi)焊接且無法采用局部通風(fēng)，則可采用送風(fēng)式頭盔、防毒口罩等個人防護(hù)措施。
個人勞動保護(hù)有效地防止焊縫過程中粉塵、有害氣體、弧光等對人體的影響，是保證焊工身體健康的重要手段。個人勞動保護(hù)措施包括使用眼、面部、手、腳、身體各方面的防護(hù)用品，如白帆布工作服、面罩(帶有濾光鏡片 )、手套、腳蓋、口罩等。對于焊接有色金屬的焊工，可采用送風(fēng)、靜電或氨布口罩。
參考資料 >
焊接的發(fā)展歷史.中國電力電子產(chǎn)業(yè)網(wǎng).2023-12-09
焊接在各行業(yè)的運(yùn)用.搜狐.2023-12-09
中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會-法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)名稱.中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會.2023-12-09
氬弧焊——高效高精度的焊接技術(shù).今日頭條.2023-12-09