引言：氩弧焊技术的概述与重要性

氩弧焊（Argon Arc Welding），正式名称为钨极惰性气体保护焊（TIG焊），是一种使用非熔化钨电极和惰性气体（通常是氩气）保护焊接区域的焊接方法。这种技术因其能够产生高质量、美观且强度高的焊缝而广泛应用于航空航天、汽车制造、管道工程、不锈钢制品以及精密零件的焊接中。对于电焊工而言，掌握氩弧焊技术不仅是提升个人技能的关键，更是从普通焊工向高技能人才转型的必经之路。

氩弧焊的优势在于其焊接过程稳定、热影响区小、焊缝纯净度高，且能焊接几乎所有金属材料，包括铝、镁、铜、钛及其合金以及不锈钢等。然而，氩弧焊对操作者的技能要求较高，需要精细控制电弧长度、送丝速度和焊接速度，任何不当操作都可能导致气孔、夹渣、未熔合、烧穿等缺陷。因此，系统学习从入门到精通的氩弧焊技术，掌握核心技巧，有效避免焊接缺陷，是提升焊接质量与效率的根本途径。本文将详细阐述氩弧焊的学习路径、核心操作技巧、常见缺陷的成因与预防措施，以及如何通过优化工艺提升整体焊接水平。

第一部分：氩弧焊入门基础

1.1 氩弧焊设备与工具的认识

要开始学习氩弧焊，首先必须熟悉并正确配置焊接设备。一套完整的氩弧焊系统主要包括焊接电源、焊枪、供气系统、冷却系统（部分设备有）和控制系统。

  • 焊接电源：氩弧焊电源分为直流（DC）和交流（AC）两种。直流主要用于焊接碳钢、不锈钢、铜、钛等黑色金属；交流则专门用于焊接铝、镁及其合金，因为交流电的“阴极破碎”作用可以有效去除这些金属表面的氧化膜。现代焊机多为逆变式，具有引弧稳定、电弧柔和、参数调节精确等优点。操作者应熟悉焊机面板上的各项功能，如电流调节（TIG焊通常为点动脚踏或手控开关控制电流大小）、气体延时（提前送气和滞后关气）、高频引弧/接触引弧选择等。
  • 焊枪（Torch）：焊枪是传递电流、保护气体和夹持钨极的关键部件。根据冷却方式分为气冷式（空气冷却，适用于中小电流）和水冷式（内部循环水冷却，适用于大电流长时间焊接）。焊枪前端有陶瓷喷嘴（保护气体流出形成保护层）、钨极夹（夹持钨极）和保护气罩。选择合适的喷嘴尺寸（通常为6-10mm内径）对气体保护效果至关重要。
  • 供气系统：包括氩气瓶、减压流量计、气管。氩气纯度应达到99.99%以上。流量计用于精确调节和显示气体流量，一般根据喷嘴大小和焊接电流设定，通常在5-15升/分钟之间。气管应保持清洁干燥。
  • 钨极：钨极是不熔化的电极，常用类型有纯钨（绿色标识）、钍钨（红色标识）和铈钨（灰色标识）。铈钨极因放射性低、引弧容易、电弧稳定而被广泛使用。钨极直径根据焊接电流选择，例如，φ1.6mm钨极适用于80-150A电流，φ2.4mm适用于150-250A电流。
  • 焊丝与保护气体：焊丝材质必须与母材匹配。保护气体通常为纯氩气（Ar），有时为氩气与氦气（He）或氢气（H2）的混合气，以增加电弧能量或改善焊缝成型。

示例：设备连接检查 在开始焊接前，务必进行以下检查：

  1. 确认电源输入电压与焊机要求相符。
  2. 检查气瓶压力是否充足（一般满瓶压力约10MPa），打开气瓶阀门，检查减压流量计是否工作正常。
  3. 检查焊枪各部件连接是否紧固，钨极是否安装正确（露出喷嘴长度约2-3mm），陶瓷喷嘴有无裂纹。
  4. 检查地线夹是否牢固连接在工件上，确保良好的导电性。

1.2 安全防护措施

氩弧焊虽然没有明火飞溅，但存在紫外线辐射、有害烟尘、高频电场和高温等危险，必须严格遵守安全规程。

  • 个人防护装备（PPE）：
    • 焊接面罩：必须使用专用的TIG焊自动变光面罩或手持面罩。TIG焊起弧瞬间非常刺眼，普通手持面罩容易在起弧时灼伤眼睛。建议使用遮光号为9-13的滤光片。
    • 焊接手套：佩戴干燥、绝缘的皮质手套，防止触电和烫伤。
    • 工作服：穿着阻燃、无化纤成分的棉质工作服，扣好领口、袖口，防止紫外线灼伤皮肤和火花引燃衣物。
    • 防护鞋：穿绝缘、防砸、防滑的劳保鞋。
    • 呼吸防护：在通风不良的环境中焊接，应佩戴防尘口罩或使用排烟系统，减少吸入焊接烟尘。
  • 环境安全：
    • 焊接区域应远离易燃易爆物品（如油品、木材、氧气瓶等）。
    • 保持工作区域通风良好，但要避免强风直接吹散保护气体。
    • 氩气是惰性气体，比空气重，易在低洼处积聚，造成窒息风险，在密闭空间焊接时要特别注意通风和气体检测。

1.3 基本操作姿势与引弧练习

正确的操作姿势是保证焊接稳定性和质量的基础。

  • 姿势：通常采用坐姿或站姿，身体保持稳定，双手持枪（或单手，另一只手送丝），焊枪与工件保持70-80度夹角，送丝角度约15-20度。手腕可依托在大腿或工作台上以增加稳定性。
  • 引弧：氩弧焊引弧方式主要有高频引弧（非接触式）和接触引弧（划擦引弧）。
    • 高频引弧：现代焊机多具备此功能，按下焊枪开关，焊机自动产生高频高压击穿钨极与工件间的空气隙引燃电弧。这是最推荐的方式，对钨极损耗小。
    • 接触引弧：在钨极未磨损或没有高频引弧功能时使用。将钨极在工件上轻微划擦（类似划火柴）然后提起引弧。注意动作要快，避免钨极粘连或造成夹钨缺陷。
  • 起弧练习：初学者应在废料上反复练习引弧，目标是能够一次成功引弧，且电弧稳定不晃动。练习时注意保持钨极与工件的距离（电弧长度），通常维持在1-3mm，相当于钨极直径。

第二部分：核心操作技巧详解

2.1 电弧长度与稳定性控制

电弧长度是指钨极端部到熔池表面的距离。保持恒定的电弧长度是氩弧焊最核心的技巧之一。

  • 影响：电弧过长，电压升高，电弧热量分散，熔深减小，焊缝宽而扁平，且保护气体易被风吹散，导致气孔和氧化；电弧过短，易造成钨极与熔池接触，产生夹钨缺陷或损坏钨极。
  • 控制方法：依靠视觉和听觉来判断。稳定的电弧会发出均匀柔和的“嘶嘶”声。操作时，眼睛要紧盯钨极端部与工件的间隙，通过手部细微的上下移动来维持恒定距离。对于薄板焊接，电弧长度控制在1mm左右；厚板可适当加长至2-3mm。

2.2 焊枪角度与行走速度

  • 焊枪角度：焊枪与工件表面的夹角一般为70-80度。角度过大，气体保护效果变差；角度过小，可能妨碍视线和送丝。在焊接过程中，随着焊缝的前进，焊枪角度应保持相对恒定。
  • 行走速度：行走速度决定了单位长度焊缝获得的热量输入。速度过快，熔池温度低，易产生未熔合、焊缝窄而高；速度过慢，热量输入过大，易烧穿、焊缝宽大变形。行走速度应根据板厚、电流和焊缝成型要求灵活调整。通常，观察熔池大小，保持熔池直径在3-5mm（视板厚而定）且平稳向前移动为宜。

2.3 送丝技巧

送丝是氩弧焊操作中的难点，直接影响焊缝的成型和内部质量。

  • 送丝方式：主要有“点滴法”和“连续送丝法”。
    • 点滴法：适用于薄板、打底焊或要求精细的焊缝。左手持焊丝，右手持焊枪，将焊丝端部在熔池前沿边缘熔化，一滴一滴送入熔池。要点是“送入-抽回-再送入”，动作要连贯，焊丝端部始终处于保护气体范围内，防止氧化。
    • 连续送丝法：适用于厚板填充和盖面焊。焊丝以稳定的速率连续送入熔池，通常采用“之”字形或直线形送丝路径。送丝时，焊丝应始终处于氩气保护之下，避免端部氧化发黑。
  • 送丝位置：焊丝应从熔池的前方或侧前方送入，切忌直接插入熔池中心，这样容易造成熔池温度骤降，产生夹渣和未熔合。焊丝端部应始终处于熔池的液态金属中，但不要深入熔池过深，以免扰乱熔池流动。
  • 送丝速度与焊接电流匹配：送丝速度必须与焊接电流和行走速度匹配。电流大、速度快，送丝也要快；反之则慢。通过观察熔池状态来调整：熔池应保持平稳，液态金属有良好的流动性和光泽，焊缝成型均匀。

示例：薄板对接平焊送丝操作 假设焊接2mm厚不锈钢板，采用φ1.6mm焊丝，电流60-80A。

  1. 引弧后，形成一个小熔池。
  2. 将焊丝端部轻轻触及熔池前沿边缘，熔化的焊丝金属被吸入熔池。
  3. 立即将焊丝抽回，但不要离开气体保护区。
  4. 待熔池重新稳定后，再次送入焊丝。
  5. 如此反复，保持熔池大小一致，匀速移动焊枪。整个过程要确保焊丝端部始终在氩气保护下，呈光亮银白色。

2.4 接头与收弧技巧

  • 接头：在焊接中断或更换焊丝时，需要停弧。重新引弧时，应在弧坑后方约5-10mm处引弧，然后将电弧拉回至弧坑处，待弧坑金属重新熔化并形成新的熔池后，再继续向前焊接。这样可以确保接头处熔合良好，无缺陷。
  • 收弧：收弧不当会产生弧坑裂纹和缩孔。正确的收弧方法是：
    1. 当焊接即将结束时，适当降低焊接电流（如果焊机有电流衰减功能）。
    2. 在弧坑处停留1-2秒，继续送入少量焊丝填充弧坑。
    3. 松开焊枪开关，电流衰减，电弧熄灭。
    4. 保持焊枪不动，继续送气3-10秒（滞后关气），保护仍在高温状态的钨极和焊缝收弧处，防止氧化和灼伤钨极。

第三部分：常见焊接缺陷的成因与预防

掌握如何避免缺陷是提升焊接质量的关键。以下是氩弧焊中常见的缺陷及其预防措施。

3.1 气孔

气孔是氩弧焊中最常见的缺陷，表现为焊缝内部或表面的空穴。

  • 成因：
    • 气体保护不良：气体流量过大或过小，风速过大吹散保护气，喷嘴堵塞，喷嘴距离工件过远。
    • 工件和焊丝清理不彻底：焊接区域有油污、锈迹、水分、氧化皮或油漆，受热分解产生气体。
    • 电弧电压过高：电弧过长，空气容易侵入。
    • 钨极伸出过长：气体保护效果变差。
  • 预防措施：
    • 确保焊接区域200mm范围内彻底清理干净，露出金属光泽。
    • 合理设置气体流量，一般根据经验公式：流量(L/min) ≈ (喷嘴内径mm × 4) + 2。例如，8mm内径喷嘴，流量约为34 L/min，实际操作中通常设为10-15 L/min。
    • 焊接时注意防风，必要时使用挡风板。
    • 保持合适的电弧长度（1-3mm）。
    • 检查并清理喷嘴，确保气流顺畅。

3.2 夹钨

夹钨是指钨极颗粒落入熔池，残留在焊缝中。

  • 成因：
    • 钨极直接接触熔池（电弧过短）。
    • 钨极电流密度过大，端部熔化。
    • 引弧不当，钨极粘连后提起时带起钨极颗粒。
    • 钨极打磨不当，端部有裂纹或缺口。
  • 预防措施：
    • 严格控制电弧长度，避免短路。
    • 根据焊接电流选择合适的钨极直径，避免电流过大。
    • 采用高频引弧或划擦引弧时动作要轻快。
    • 打磨钨极应使用专用砂轮机，打磨方向沿钨极直径方向，避免纵向打磨产生裂纹。
    • 一旦发生夹钨，必须停止焊接，打磨掉缺陷，重新清理后焊接。

3.3 未熔合与未焊透

  • 成因：
    • 焊接电流过小，热输入不足。
    • 焊接速度过快。
    • 坡口角度过小，钝边过大。
    • 焊枪角度不正确，电弧偏向一侧。
    • 焊丝送入位置不当，阻碍了电弧对母材的加热。
  • 预防措施：
    • 根据板厚和坡口形式选择合适的焊接电流和速度。
    • 确保电弧对准坡口根部，确保母材熔透。
    • 保持正确的焊枪角度，使电弧热量集中作用于焊缝根部。
    • 打底焊时，要仔细观察熔池是否熔透坡口根部，必要时可采用“透视法”观察熔池背面是否微微下塌或出现红晕。

3.4 烧穿与变形

  • 成因：
    • 电流过大，焊接速度过慢。
    • 装配间隙过大。
    • 薄板焊接时热量集中。
  • 预防措施：
    • 严格控制热输入，对于薄板，采用小电流、快速焊、多点断续焊或使用脉冲电流。
    • 保证装配精度，间隙越小越好。
    • 采用散热措施，如铜垫板或水冷装置，帮助散热。
    • 采用合理的焊接顺序，减小焊接变形。

3.5 焊缝表面氧化与颜色

不锈钢和钛合金焊接时，焊缝及热影响区会出现不同颜色，这反映了该区域的抗氧化能力。

  • 银白色/金黄色：保护良好，质量最佳（不锈钢为银白，钛合金为金黄）。
  • 蓝色/紫色：氧化程度加重，耐腐蚀性下降。
  • 灰色/黑色：严重氧化，质量不合格，需打磨去除。

预防措施：

  • 确保充足的背面保护气体（对于管件或双面焊）。
  • 滞后关气时间要足够，确保焊缝冷却至400℃以下再停止送气。
  • 在焊缝背面通入氩气进行保护，使用专用的通气堵板或气罩。

第四部分：提升焊接质量与效率的进阶策略

4.1 焊接工艺参数的优化

氩弧焊的质量很大程度上取决于参数的匹配。主要参数包括：

  • 焊接电流（I）：根据板厚、焊丝直径、焊接位置和接头形式选择。公式参考：I = (30-50) × d（d为钨极直径，适用于平焊）。例如，φ2.4mm钨极，电流范围约72-120A，实际可设定在100A左右。
  • 电弧电压（U）：主要由电弧长度决定，一般在10-20V之间。电压过高会导致气孔和氧化。
  • 气体流量（Q）：如前所述，需与喷嘴匹配。过大造成紊流，过小保护不足。
  • 焊接速度（V）：V = I / (k × δ)，其中δ为板厚，k为经验系数。需通过试焊确定最佳匹配。

脉冲TIG焊：这是提升质量的高级技巧。通过在高频的脉冲电流（Ip）和基值电流（Ib）之间切换，可以精确控制热输入，减小热影响区，防止薄板烧穿，控制熔池形状，特别适合薄板、管板焊接和全位置焊接。

4.2 母材与焊丝的匹配

  • 材料识别：准确识别母材材质，选择化学成分匹配的焊丝。例如，焊接304不锈钢应选用ER308L焊丝，焊接316不锈钢应选用ER316L焊丝。
  • 异种金属焊接：需查阅相关标准，选择具有相容性的焊丝，通常选择合金成分较高的焊丝以保证性能。

4.3 操作技能的精细化训练

  • 平焊（1G/1F）：最基础，练习熔池控制和送丝协调。
  • 横焊（2G/2F）：注意熔池受重力影响，需调整焊枪角度，防止上侧咬边、下侧满溢。
  • 立焊（3G/3F）：通常由下向上焊接，利用电弧推力托住熔池，防止下淌。电流应比平焊小10%-15%。
  • 仰焊（4G/4F）：最难，熔池在重力作用下极易下坠。需采用更小的电流、更短的电弧、更灵活的送丝手法，依靠电弧压力和表面张力保持熔池。

4.4 专有技术与技巧

  • 左向焊法与右向焊法：
    • 左向焊（焊枪从右向左移动）：电弧指向未焊区域，预热作用好，适合薄板和要求熔深不大的场合，视线好。
    • 右向焊（焊枪从左向右移动）：电弧指向已焊区域，对熔池有后热作用，焊缝窄而深，适合厚板多层焊。
  • 单面焊双面成型：关键在于根部间隙和钝边的控制，以及电流和送丝的精确配合。打底焊时，眼睛要透过熔池观察根部熔化情况，听到“噗噗”的熔透声，看到熔池背面微微下塌或有红晕透出即为合格。

4.5 质量检验与持续改进

  • 目视检验（VT）：焊后立即检查焊缝外观，包括余高、宽度、直线度、表面气孔、咬边、裂纹、氧化颜色等。
  • 破坏性试验：对试件进行弯曲试验、宏观金相检验，检查内部熔合情况和缺陷。
  • 非破坏性试验：如渗透探伤（PT）、射线探伤（RT）、超声波探伤（UT），用于重要结构的焊缝检测。
  • 记录与分析：建立焊接记录，记录参数、操作手法和检验结果，分析缺陷原因，不断调整工艺和操作，形成良性循环。

结论：从熟练到精通的持续之路

氩弧焊技术的学习是一个从理论到实践，从简单到复杂，不断积累经验和修正错误的过程。入门阶段，重点在于熟悉设备、保证安全、掌握引弧和基本的熔池控制；进阶阶段，核心在于掌握送丝、电弧控制、参数匹配和各种位置的焊接技巧；精通阶段，则是对材料特性、热输入控制、缺陷预防和特殊工艺（如脉冲焊、自动焊）的深刻理解和灵活运用。

要避免焊接缺陷，必须做到“预防为主”，即在焊前进行充分的准备（清理、装配、参数设定），焊中保持高度专注和精细操作，焊后严格检验。提升焊接质量与效率，不仅需要扎实的手工技能，还需要对焊接冶金原理的理解和对先进设备功能的充分利用。

对于每一位电焊工而言，氩弧焊技术的掌握没有终点。通过不断的练习、思考、总结和向高水平技师学习，你将能够驾驭这种精密的焊接工艺，焊出如艺术品般完美的焊缝，从而在职业生涯中获得更高的成就和回报。记住，高质量的焊缝是严谨态度和精湛技艺的结晶。