電磁閥插針氬弧焊工藝優化分析

沈凱

摘要：氬弧焊技術已被廣泛應用于機械制造行業。本文通過說明氬弧焊的工作原理及優缺點，在現有手動電磁閥插針氬弧焊的基礎上，通過分析優化焊接電流、焊接時間、氬氣量等工藝條件，解決現有焊接過程存在的問題，降低焊接不良率，提升焊接品質。

關鍵詞：氬弧焊;電弧;焊接工藝

1 引言

氬弧焊作為一門成熟的焊接技術已經被廣泛應用于汽車、家電等機械制造行業。氬弧焊技術利用氬氣作為保護氣體，通過高電流讓被焊金屬和焊材達到冶金結合，由于在高溫熔融焊接中不斷輸送氬氣，使焊材無法與空氣中的氧氣接觸，從而防止了焊材的氧化。

電磁閥——家用燃氣灶點火熄火保護裝置內零部件之一，制作過程中需要對其插針端部進行氬弧焊處理，使線圈與插針熔接后能導通電流，并且封閉燃氣泄漏。焊接部位的外徑為φ2.36mm。

2 氬弧焊的優缺點分析

2.1優點

氬弧焊過程受氬氣保護，能隔絕空氣中的氧氣、氦氣、氫氣等對電弧的影響，容易得到致密、無飛濺、質量高的焊點。氬弧焊電弧由于燃燒穩定，熱量集中，弧柱溫度高，所以生產效率高。又因為氬弧焊為明弧施焊，操作相對簡單。電極損耗小，弧長容易保持，所以更加容易實現機械自動化。氬弧焊幾乎能焊接所以金屬，包括一些難容的金屬及易氧化的金屬。

2.2缺點

氬弧焊因為熱影響區域大，工件在修補后會出現變形、硬度降低、沙眼、開裂等。由于氬弧焊電流密度大，發出的光比較強烈，所以會產生一定的輻射，并且焊接時會產生臭氧，對人體會造成一定的傷害。

3 現有氬弧焊工藝的問題點

氬弧焊采用直流TIG焊，用鎢棒作為電極，利用氬氣作為保護氣體。焊接材質分別為無氧銅（鍍層錫）和銅線圈（無漆層）。主要的問題點：1、焊點缺陷，主要表現為有氣孔、凹坑，影響氣體封閉性，造成燃燒氣體泄漏，重大安全隱患。2、焊接過大、歪斜，影響下道工序的配合安裝，造成無法組裝。3、未引弧、熔接不足，產品需返修，修正后重新焊接，降低一次合格率。4、熔接過量，插針融化過多，導致產品報廢，造成損失。

4 氬弧焊分析優化

4.1焊接電流

焊接電流是影響焊接質量重要因素之一，直接影響電弧作用在工件上的溫度，由于設備、工件存在一定的差異性，所以選擇一個合適的電流區間能使焊接效果更佳穩定。已知電流的變化最直接影響的就是電弧溫度，又知無氧銅的質量特性：熔點1802.5～1083℃，20℃時密度為8.94g/cm3，凝固時收縮率為4.92%，比熱容391W/（m.℃）。所以電流一般設定在50±10A，以保證焊接的最佳效果。

4.2焊接時間

除了焊接電流，焊接時間也會影響作用在工件上的溫度。時間過短，熔化不充分，未熔接;時間過長，熔化過多，工件變形。所以焊接電流和焊接時間是相輔相成的，需要找到一個合適的平衡點。而焊接時間又可以劃分成：前置放氣時間、電流緩升時間、實際焊接時間、電流緩降時間、延遲放氣時間。合理的分配時間才能使焊接品質更加穩定，并且不影響工作效率。

4.3鎢棒

根據工件的材質選擇合適的鎢棒。鎢極分類具體如下：1、紅頭是釷鎢電極，目前最穩定也是應用最廣泛的鎢電極。2、灰頭是鈰鎢電極，目前使用范圍僅次于釷鎢的電極，尤其在低電流直流的條件上應用居多。3、綠頭是純鎢電極，目前使用較少，對焊接條件的要求不高。4、白頭是鋯鎢電極，目前應用較多。5、金黃頭和天藍頭都是鑭鎢電極，分別是WL20和WL15，應用范圍非常廣泛，是最有前景的焊接電極?？紤]的鎢棒的適用性和成本，紅頭鎢棒任然是使用最多的。

鎢棒加工，鎢極頭部的角度直接影響電弧的成形，一般來說焊接電流較大時，角度較大;反之，焊接電流較小時，角度較小。角度較小更加容易引弧，但相反使用壽命就越短，所以同樣需要權衡。

4.4焊接位置

由于工件較小，焊接精度相對較高，要保證焊槍牢固的固定在工裝夾具上。為了方便調節上下、左右、前后的位置，工裝夾具被安裝在X、Y、Z軸的精密滑臺上。只要輕微的旋轉旋鈕，就能細微的調節各個位置的距離。工件的插針則被固定在工作臺面上，被兩塊作為導體的銅塊夾緊，銅塊與焊機電極相連。

鎢棒露出瓷嘴的長度根據實際情況而定。一般來說，鎢棒在瓷嘴的里面會影響視線，不方便調整對位，瓷嘴也容易被燒壞。但鎢棒露出瓷嘴太長，氣體的保護效果不佳，易被氧化。

鎢棒與被焊工件的距離如果太大，導致無法起弧或電弧飄散，焊接效果不佳。若距離太小，電弧不集中或鎢棒與工件熔化后粘連在一起。

4.5氬氣量

氬氣是一種比較理想的保護氣體，化學性質非常不活潑，即使在高溫下也不和金屬發生化學反應。氬氣也不溶于液態的金屬，因而不會引起氣孔。氬氣的比熱容和熱傳導能力小，電弧中的熱量不易散失，使焊接電弧燃燒穩定，熱量集中，有利于焊接的進行。

氬弧焊時，氬氣流量過小，氣流挺度不夠，影響保護效果，造成工件氧化;氬氣流量過大，容易形成紊流，同樣影響保護效果。生產過程中發現，氬氣量太小，會直接影響焊接品質，焊點氧化后會呈現紅褐色;氬氣量太大，焊點表面會形成一層黑色物質，雖然可以擦拭掉，但仍然希望能避免。

4.6電極

直流鎢極氬弧焊時采用直流電流，沒有極性變化，因此電弧燃燒非常穩定。工件接電源正極，鎢極接電源負極稱為正接法，反之，則稱為反接法。

一般采用正接法，電弧燃燒時，弧柱中的電子流從鎢極跑向工件，正離子流跑向鎢極。由于此時鎢極為陰極，具有很強的熱電子發射能力，大量高能量的電子流從陰極表面發射出來，跑向弧柱。在發射電子流的同時，這些具有高能的電子要從陰極帶走一部分能量，即陰極以氣化潛熱形成失掉一部分能量，這些能量的損失將造成陰極表面的冷卻，此時鎢極燒損極少。同時由于陰極斑點集中，電弧比較穩定。

負極與配套標準焊炬相連接，正極需要制作非標的工裝夾具，起固定工件與導通電流的作用?？紤]到導熱性，主體為黃銅材質，與工件接觸的位置為鎢，這樣既保證了導熱性，同時兼顧了使用壽命。

4.7 維護與清掃

氬弧焊過程中會產生少量的飛濺物，掉落在焊炬內，不僅會影響電弧的穩定性，還會影響保護氣體的輸送。所以需要定期將電極帽、瓷嘴拆卸下來清洗。同樣正極的工裝夾具長時間使用表面會氧化，且附著大量的飛濺物，所以同樣需要定期清潔。

5 結語

綜上所述，造成氬弧焊不良的原因有多種，本文對可能發生的原因及相應的影響進行了逐一分析，但不僅限于本文所述。而針對不同的產品又存在不一樣的焊接條件，而真正屬于電磁閥插針氬弧焊的工藝的參數條件還需要通過一系列的實驗論證加以體現。而真正論證及優化的過程是相當復雜繁瑣的，但經過優化，氬弧焊焊接的品質必然會有所提高，不良率也會有所下降。

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