鎢極氬弧焊如圖3-32所示，在焊槍所夾持的鎢極與被焊工件之間通電產(chǎn)生電弧，電弧空間通以惰性氣體（Ar或He），使電弧在惰性氣體的氣氛中燃燒。氬或氦原子在焊接過程中與鎢極、焊件、填充焊絲不發(fā)生任何化學(xué)、冶金作用。氬弧焊的顯著特點是電弧燃燒穩(wěn)定，能有效地隔絕周圍空氣，使熔池、填充焊絲不受氧化和氮化，因而能獲得高質(zhì)量的焊縫，且能進行全位置焊接。但鎢極所通過的電流密度受到限制，若通過電流密度太大，就會燒損鎢極，使焊縫金屬造成夾鎢的缺陷。鎢極氬弧焊電弧能量密度低，也不能獲得較大的熔深和較高的勞動生產(chǎn)率。如使用同鎢極氬弧焊同樣的電流密度的條件下，采用鎢極氦弧焊，其電弧電壓較高，電弧熱功率高，氦氣作為熱能載體，它的熱傳導(dǎo)能比氬氣約大9倍。這樣，鎢極氦弧焊就有大量的熱能輸送到焊接熔池中去，從而獲得較大的熔深和較高的勞動生產(chǎn)率。但是氦氣來源較為困難，價格比氬氣高20～30倍，同時氦氣的密度比氬氣小，要達到同樣的保護效果，氦氣的耗量就要增大，所以氦弧焊成本太高。焊接薄的和中等厚度的奧氏體不銹鋼一般極少采用它，只有在焊接關(guān)鍵焊件時才使用氦弧焊。
鎢極氬弧焊時，母材金屬加熱特點（主要指能量密度和熱功率大小）介于氣焊和焊條電弧焊之間，加之在很小的焊接電流（≤10A）下，電弧仍可穩(wěn)定燃燒，特別適于焊接薄件或超薄件奧氏體型不銹鋼的焊接構(gòu)件。鎢極氬弧焊時能清晰地觀察到焊接熔池和熔透情況，因此，在要求保證焊透及反面又有一定成形要求的情況下，單面焊采用內(nèi)壁（或背面）通氬氣的鎢極氬弧封底焊的方法，在國內(nèi)外已得到普遍的應(yīng)用。鎢極氬弧焊采用的填充絲為裸焊絲，在施焊過程中，不會產(chǎn)生飛濺，焊縫成形美觀，焊縫上不存在渣殼，無需清理。
一、鎢極氬弧焊的特點
鎢極氬弧焊電弧的熱功率低，所以焊接速度相對其他電弧焊而言比較低。焊接同樣厚度的奧氏體型不銹鋼材料時，鎢極氬弧焊焊接速度約為焊條電弧焊速度的1/2到1/3，導(dǎo)致焊接接頭熱影響區(qū)較寬，冷卻速度較緩慢。焊縫及熱影響區(qū)冷卻過程中在400～800℃的危險溫度區(qū)間停留時間較長，使鎢極氬弧焊的焊接接頭耐蝕性（包括晶間腐蝕和均勻腐蝕）比焊條電弧焊的焊接接頭要低。
此外，保護氣體幕易受周圍氣流的干擾，不宜在野外操作。
二、鎢極氬弧焊機及其他器具
1. 鎢極氬弧焊機
鎢極氬弧焊的電源必須具有陡降或垂直陡降外特性。我國對電焊機型號編制方法已有國家標準（GB/T 10249-2010），國內(nèi)幾種專用的鎢極氬弧焊機的型號見表3-21。除此，還可以用焊條電弧焊的弧焊整流器，配以專用焊槍，也可作為手工鎢極氬弧焊使用，但僅適用于薄件焊接結(jié)構(gòu)。
專用焊機應(yīng)具有下列功能：
a. 焊前提前1.5～4.0s輸送保護氣，以驅(qū)趕管內(nèi)和焊接區(qū)間空氣。
b. 焊后延遲5～15s停氣，以保證尚未冷卻的鎢極和熔池能在保護氣氛下冷卻下來
c. 有自動接通和切斷保護氣及引弧、穩(wěn)弧的電路。
d. 能控制電源的通斷。
e. 焊接結(jié)束前電流能自動衰減，以消除弧坑和防止產(chǎn)生弧坑裂紋。
一般采用直流電源正極性，也可將交流電源用于鎢極氬弧焊焊接奧氏體型不銹鋼。
2. 鎢極氬弧焊焊槍
由噴嘴、鎢極夾持裝置、導(dǎo)線、氣水輸送膠管、起動開關(guān)等零部件組成。根據(jù)適用的焊接電流大小，焊槍分水冷和氣冷式兩類。常用水冷卻式焊槍型號有QS-75°／400、QS-75°／500等型號，均可匹配在大功率氬弧焊機上；氣冷卻式的焊槍型號有QQ-85°／100A、QQ-85°／200A等型號，可配在小功率氬弧焊機上。
3. 氣體保護裝置
有氬氣瓶、減壓器和流量計。氬氣瓶是儲存氬氣的高壓容器，使用時應(yīng)注意安全規(guī)則。按國標氬氣瓶應(yīng)為灰色，并標有“氬”字樣。使用中應(yīng)注意瓶內(nèi)氬氣不得用盡，應(yīng)保留0.1～0.2MPa的余氣，以防止空氣混入而造成氬氣不純。減壓器可用普通氧氣減壓器QD-3A和QD-2A代用。流量計是標定通入氣體流量的裝置，保證氬氣在焊接過程中按給定的數(shù)量輸送。常用的有LZB型玻璃轉(zhuǎn)子流量計或醫(yī)用流量計。但應(yīng)注意流量計的示值受氣體密度的影響，使用非氬氣專用流量計時，表中的示值并非氬氣的真實流量?，F(xiàn)在已有氬氣減壓器和流量計結(jié)合一體的儀器，如YQAR-195，CO2減壓器和流量計一體的YQT-195。
三、鎢極氬弧焊焊接工藝
1. 坡口形式
由于受許用焊接電流的限制，這種焊接方法主要用于薄板和管路的單層焊或中厚板和管路多層焊的封底焊道，也可用于中厚板的焊接。在保證焊透的情況下，對接焊縫應(yīng)力求縮小焊縫截面積，減小熔敷金屬并考慮操作方便，故常用坡口形式有V形、U形、雙面V形及V-U組合形式等。奧氏體型不銹鋼管子對接焊坡口形式見表3-22。
2. 焊前清理
焊接區(qū)及填充焊絲均應(yīng)進行嚴格清理，除盡氧化膜、油污、臟物和水分。
3. 焊接參數(shù)
下列因素對鎢極氬弧焊焊縫質(zhì)量均有一定影響：
a. 引弧方法
有非接觸式引弧和接觸式引弧兩種。非接觸式引弧又有高頻引弧和高壓脈沖引弧兩種，其中高頻引弧在直流鎢極氬弧焊上應(yīng)用較為廣泛。接觸式引弧有劃擦式引弧和提升式引弧兩種。在沒有專用鎢極氬弧焊機的情況下，劃擦式引弧是常用的一種引弧方法。劃擦式引弧時，引弧電流和焊接電流一樣大，甚至更大些，鎢極容易燒損，焊縫不可避免地會產(chǎn)生夾鎢現(xiàn)象。提升式引弧是指一項控制引弧電流的引弧技術(shù)，在機械操作的直流鎢極氬弧焊焊接時，焊機起動后將焊槍中鎢極輕輕地與焊件接觸一下，形成短路和預(yù)熱，隨后立即提升鎢極離開焊件直至預(yù)置高度，此時鎢極在迅速建立的較強電場作用下，產(chǎn)生電子發(fā)射而引燃。依賴電路的控制，以很小的電流，形成一個小電弧，待小電弧形成之后，再增大到預(yù)定的焊接電流，從而結(jié)束引弧過程轉(zhuǎn)入正常焊接狀態(tài)。其曲線示意圖如圖3-33。這種引弧方法將引弧分為小電弧和大電弧兩個階段。小電弧時電流很?。s3～5A），電弧電壓低（2～3V），從而避免了鎢極熔化圖3-33提升引弧電流曲線示意圖燒損或由于母材金屬殘留在鎢極上而造成鎢極爆崩現(xiàn)象；大電弧焊時大電流就是焊接時使用的電流。這是一種穩(wěn)妥、可靠、幾乎無鎢極污染、對人身健康無損害的引弧方法，值得推廣就用，一些專用氬弧焊機均具有此功能。
b. 焊接電流
要根據(jù)焊件的厚度、接頭形式、焊接位置等因素來選用焊接電流，除此還要考慮鎢極所受電流的能力。焊接電流過大，容易產(chǎn)生燒穿待焊處或使焊縫下陷和咬邊等缺陷，嚴重時還會引起鎢極燒損或產(chǎn)生夾鎢等缺陷。焊接電流過小，電弧燃燒不穩(wěn)定，會造成未焊透等缺陷。
c. 電弧電壓
主要取決于焊接過程中電弧的長度，電弧拉長，電弧電壓增大，熔寬增寬，熔深變淺。當電弧電壓過高，會導(dǎo)致焊接電弧不穩(wěn)，易產(chǎn)生未焊透、未熔合和熔池保護不佳等缺陷。應(yīng)在保證電弧不短路的情況下，盡量減少弧長，通常電弧電壓控制在10～20V范圍內(nèi)。
d. 鎢極
有純鎢極、鈰鎢極和錸鎢極等，其中鈰鎢極比純鎢極的工藝性好得多，且對人身無損害，推薦首選使用，不推薦對人身有害的針鎢極。鎢極直徑與相應(yīng)焊接電源和極性條件下的焊接電流允許值，見表3-23。施焊前，要將鎢極端部磨成一定形狀，通常有尖頭和平頭等形狀，采用較小的焊接電流施焊時，要選用小直徑的鎢棒，端頭磨成尖形狀，錐頂角度約30°，如圖3-34a所示。當采用大的焊接電流施焊時，鎢極應(yīng)磨成帶有平頂?shù)腻F形形狀，如圖3-34b所示。平頂錐形的端頭可避免尖端過熱熔化，減少鎢極端部損耗，同時還有利于防止陰極斑點的游動，從而穩(wěn)定電弧。
e. 氣體保護效果。
①. 氬氣純度與流量
氬氣純度越高，保護效果越好，焊接奧氏體型不銹鋼時，氬氣純度大于99.7％（體積分數(shù)）即可，不必選用高純度氬氣；鋁、鈦及其合金等有色金屬對保護氣體要求很高，氬氣的純度要在99.99％（體積分數(shù)）以上，要選用高純或超純度的氬氣。由于氬氣提純復(fù)雜，高純度氬氣制造成本高，經(jīng)濟上不合算，不宜選用。
氣體流量過低，氣體挺度不足，排除周圍空氣的能力減弱，造成熔池保護效果不佳；氣體流量過大，容易將熔池周圍的空氣卷入熔池，形成氣體紊流，也會降低保護效果。
②. 噴嘴形狀
當氣體流量選定后，改變噴嘴直徑也會造成下述現(xiàn)象：噴嘴內(nèi)徑增大，氣體流量即顯得不足，會造成焊池保護效果欠佳；噴嘴內(nèi)徑換小，氣體的流速增大過多，可造成紊流，同樣也會造成保護效果不好。實踐證明，在手工鎢極氬弧焊時，噴嘴內(nèi)徑在8～20mm范圍內(nèi)，氣體流量以10～25L／min為宜。常用鎢極氬弧焊用噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-35所示，D端與焊槍連接段有長約10～12mm的圓柱體；帶圓柱的末端部分的長度L不應(yīng)小于噴嘴孔徑，其長度以1.2～1.5倍噴嘴直徑（d）為宜。噴嘴的錐形部分有緩沖氣流的作用，可改善保護效果。為了提高氣體保護效果，噴嘴的內(nèi)壁應(yīng)光滑，不允許棱角、凹槽，不得沾上飛濺物。為了使氬氣從噴嘴噴出時成為穩(wěn)定的層流，提高氣體保護效果，焊槍應(yīng)有氣體透鏡（類似穩(wěn)定裝置），由多孔性擋板（可用1～2層銅絲網(wǎng)組成，網(wǎng)目數(shù)不得少于600～700孔／c㎡）及緩沖室組成。
當噴嘴和氣體流量一定時，噴嘴至焊件之間的距離越短，則保護效果越好，但過小會影響焊工的操作視線和引起鎢極與焊件短路。對于噴嘴內(nèi)徑為8～20mm的噴嘴，距離焊件一般不超過15mm。
③. 鎢極
鎢極端頭越尖越易燒損。燒損后將導(dǎo)致電弧電壓增高，直接影響熔池保護效果，也會使焊縫氧化甚至產(chǎn)生焊縫寬度不均的缺陷。
鎢極伸出長度指鎢極超出噴嘴端面的長度。伸出長度小，可以使噴嘴與焊件相對距離靠近，氣體保護效果好，
④. 焊接速度
為了不破壞氣流對熔池的保護作用，焊接速度一般不宜過快。在保證焊后的焊縫金屬和母材金屬不被氧化的前提下，為了提高生產(chǎn)效率，盡可能加快焊接速度；同時焊接速度的提高，使焊接接頭在危險溫度400～800℃停留時間相對會減少，有利于提高焊接接頭的耐蝕性。
⑤. 焊接接頭形式
T形接頭、對接接頭的保護效果較好，而角接頭、端接接頭因為氣體流量分散性較大，保護效果較差，如圖3-36所示。
⑥. 提高氣體保護效果的措施
為了使焊縫金屬正面和背面得到可靠保護，可采用圖 3-37 ，圖 3-38 和 圖 3-39 所示的措施，來提供氣體保護效果。
四、操作技術(shù)
裝配定位焊，應(yīng)采用與正式焊接相同的填充焊絲和工藝，定位焊縫的長度、距離應(yīng)根據(jù)焊件厚度與結(jié)構(gòu)剛度而定。一般每個定位焊縫長度為10～15mm，焊縫余高不超過2mm。例如，直徑60mm以下的不銹鋼管子，用定位焊點固2～3處；直徑159mm以上的不銹鋼管子，定位焊點固4處。定位焊縫應(yīng)保證質(zhì)量，不允許存在缺陷。
對接焊時，焊槍與焊件之間保持后傾，鎢極與焊件之間傾角為75°～80°，填充焊絲與焊件傾角為5°～15°，希望填充焊絲與焊件傾角越小越好，過大則容易擾亂氣體保護；角接焊時，除了對接焊的要求外，還要求與板之間傾角為45°～60°。焊槍、焊絲和焊件之間的相對位置見圖3-40。
填充焊絲時動作要緩、穩(wěn)，不要破壞氬氣對熔池的保護。不能像氣焊那樣在熔池中攪拌，應(yīng)一滴一滴地緩慢送入熔池，或者將焊絲端頭浸入熔池中不斷填入并向前移動，焊絲端頭不能脫離氣體保護區(qū)。要防止焊絲與鎢極接觸、碰撞，否則將加劇鎢極燒損而引起夾鎢。焊接結(jié)束收弧時，應(yīng)減慢焊接速度，增加焊絲填充量，填滿熔池。電弧熄滅后，焊槍噴嘴仍要對準熔池，以延續(xù)氬氣保護，防止氧化。
焊接薄板時，為了防止變形可采用銅襯墊，并將焊件壓貼于襯墊上，以利散熱。在銅墊板上加工出凹槽，凹槽對準焊縫以便背面充氬氣保護，如圖3-38。
實踐證明，從焊接接頭的顏色，也可以判斷焊接區(qū)的保護效果，見表3-24。
下面介紹一組奧氏體型不銹鋼鎢極氬弧焊（不加填充焊絲或加填充焊絲）用機械操作的焊接參數(shù)，見表3-25和表3-26。表3-27為加填充焊絲的手工鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)。
