高压环境下GTAW电弧稳定性试验表明，电弧的稳定性的影响因素有很多，例如，工件表面状态、钨电极、保护气体效果等因素。本文主要描述的是工件表面状态对电弧稳定性的影响。

工件表面状态会影响电弧的稳定性。GTAW对工件/焊丝表面的油污、氧化膜特别敏感，若其表面存在油污、氧化膜等，则电弧不能够引弧或稳定燃烧。所以，在焊接之前，必须清理焊件的接头附近和焊丝表面以除去金属表面的油脂、湿气、氧化膜和污垢等杂物，从而保证引弧和电弧的稳定燃烧。清理方法可以分为以下几种，可根据材料选用其一。

（1）化学清理。对焊丝的清理一般采用化学清理法，其效果好且生产效率高。对于不同金属材料，它们采用的化学清理剂和工艺程序都各不相同，可以依据相关说明进行清理。清理后的焊件和焊丝必须妥善放置与保管，一般需要在24小时内用完。如果在存放过程中弄脏或放置时间超过规定时间，则其在焊接前还需要重新清理一次。该法适用于批量和小型的零件。

（2）机械清理。采用该种方法简单易行且效果较好，通常可以用钢丝刷、砂布打磨、电动钢丝轮、吹砂式抛光和刮刀等方法。然后，再用丙酮去除油污。

（3）化学 - 机械清理，如果是大型的工件，则采用化学清理往往不能够彻底清理干净，所以，在焊前还需要用刮刀和钢丝轮在焊接坡口边缘再清理一次。


 

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高压焊接实验的试验结果（三种压力下）

由上表可知，在三种不同压力状态下，都可以得到稳定的燃烧电弧。通过高压环境下GTAW电弧稳定性试验可以发现，诸多因素都会影响电弧的稳定性，比如，钨电极、工件表面状态、保护气体效果等因素。本文主要讲的是钨电极对电弧稳定性的影响。

因为钨电极会直接影响电弧的稳定性，所以，我们选用具有大的发射电流、良好的抗烧蚀性能和无污染的钨镧电极作为电极材料。钨极端部的形状是一个重要的工艺参数，一般情况下，要根据所用的焊接电流种类（大电流/小电流）选用不同的端部形状。在小电流条件下，焊接选用的是小直径的钨电极和小锥角，这可以使得电弧比较容易引燃和稳定；在大电流条件下，焊接时，适当增大锥角可避免尖端过热而熔化，从而减少损耗，并能够达到防止电弧往上扩展而影响阴极斑点的稳定性的效果。钨电极在使用过程中需要经常用砂轮/专用的钨极磨削机进行修整。钨电极的损坏也会影响电弧的稳定性，解决方法：选择比较好的电极材料；选用合适的焊接参数；机械结构合理。



 

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试验材料：

（1）母材：API 5L X56输送管线钢，尺寸： 168.3mm（外径）×9.5mm（厚度）。

API 5L X56管线钢的化学成分 （%）

API 5L X56管线钢管的力学性能

电极采用的是镧钨电极，因为其具有抗烧蚀性能好、发射电流大和无污染等优点。研究表明镧钨电极具有最突出的使用性能。（1）具有最佳引弧性能且其引弧电压值最小；（2）在燃弧时间较长时，镧钨电极的工作温度低，对烧损的抵抗力最大，保持尖端形状的时间最长，电子发射本领最高。（3）添加2%氧化镧的电极具有良好的可加工性。

环境条件：高压焊接试验舱（容积5.5m3；最高工作压力1.0MPa；设计压力1.5MPa）；高压环境气体调配储罐（容积5.5m3；最高工作压力4.4MPa；设计压力4.85MPa）；CPLMS1000-25K CCD&CMOS高速数字摄像机（最大可达25000ftp）；QWZH——315型全位置自动焊机，该焊机的控制精度高。



 

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GTAW，英文全称为Gas Tungsten Arc Weld，是非熔化极气体保护焊的种类之一，也称为钨极惰性气体保护焊（TIG，即Tungsten Inert Gas），类似于熔化极气体保护焊，相异点在于GTAW的电极是用钨制成的，为钨电极，熔点很高，并可以承受较高温度。因为它在焊接过程中不会熔化，所以也就不会有损耗，保护气体充当焊剂，若有需要，填充棒料可被用来给焊缝提供金属。钨极氩弧焊几乎可以焊接所有的金属，其中，包括大部分的钢、铜、镁合金、铝合金，部分的银、金、黄铜、青铜和钛，利用该工艺焊接出来的焊件（薄板等）具有高质量。以下是关于本文提到的部分词汇的内容：

熔化极气体保护焊（GMAW，即Gas Metal Arc Welding）指的是，利用焊丝和待焊接工件间产生的电弧作为热源，从而将金属熔化的焊接方法。它有MAG焊（熔化极活性气体保护电弧焊）、MIG焊（惰性气体保护金属极电弧焊）和CO2焊，也有将CO2焊划到MAG焊类的。

保护气体指的是，在焊接过程中，使高温金属免受外界气体侵害的气体，用于保护金属熔滴、熔池和焊缝区。

焊剂也称为钎剂，泛指第三种可以用来降低母材和钎料界面张力的所有物质，包括熔盐、有机物、金属蒸汽和活性气体等，即除去母材和钎料外的其它物质。



 

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