雙鎢電極氬弧焊耦合電弧壓力分析

鎢電極氬弧焊是一種應用非常廣泛的高品質焊接方法 。但是，該方法的一個顯著的缺點就是熱輸入量小，熔敷效率低，焊接速度慢，成為制約其在高效焊接生產中應用的主要因素。而依靠提高電流來增大熱輸入以增加熔敷率的方法又會導致電弧壓力的大幅度提高，容易出現咬邊、熔穿等缺陷，應用起來很受限制。因此，在保留它原有優點的基礎上，提高其焊接效率成為亟待解決的問題。

目前，有一些途徑可以提高TIG焊接的熔敷率，例如活性化TIG焊和雙面焊等。日本的焊接工作者近年提出了雙鎢極氬弧焊方法(T-TIG)， 并在大型厚壁的罐體焊接中取得了很好的焊接效果。該方法通過設置在同一焊槍中的兩個相互獨立的鎢電極聯合產生的耦合電弧進行焊接。該電弧能夠在大電流下保持小的電弧壓力，可以避免在增加熔敷率的同時，過大的電弧壓力所導致的熔穿和咬邊等缺陷出現。

雙鎢電極氬弧焊槍中設置兩個相互絕緣并具有各自導電通道的鎢電極，耦合電弧就是由這兩個鎢極產生的電弧耦合而成的。采用通用的靜態小孔法對燃燒穩定的直流雙鎢極氬弧焊的電弧壓力分布進行測量。

焊接電源采用直流氬弧焊電源，測壓元件使用高分辨率的擴散硅壓差傳感器，其響應速度快，陽極采用水冷銅板，其上開有直徑為0.5 mm的測量小孔，將作用于該點的電弧壓力通過導管傳至壓差傳感器，把壓力值轉換為電信號。

隨著焊接電流的增加，耦合電弧對電弧壓力的抑制作用越強烈，原因是電流的增加導致電流密度增大，使電弧壓力整體上增大。同時根據電磁學原理，電流密度的增大會導致由兩個鎢電極產生的兩個電弧之間的引力增大，它們之間吸引程度增強。因而，耦合電弧中心處的電流密度相對于兩邊的會更大，造成了電弧壓力從“平臺狀”向“尖頂狀”的變化 。而且，單弧的電流密度隨著焊接電流的增加迅速增大；但對于耦合電弧，鎢電極間距的存在使得電流密度增大的幅度沒有單弧的大。隨著電流的增加，這種差距就越明顯。所以造成了電弧壓力的相對降低。這個特性使耦合電弧可以承載比單弧大得多的電流而不會產生過大的電弧壓力。在增加了TIG焊的熔敷率的同時，避免了過大電弧壓力所造成的缺陷。

耦合電弧的壓力隨弧長的增加而增大，分布逐漸從“平臺狀”趨于“尖頂狀”產生這種現象的原因是隨著弧長的增加，兩個鎢極各自產生的電弧體末端的吸引程度增強，造成了耦合電弧中心處電流密度的增加。從而使此處電弧壓力增大，造成了分布趨向“尖頂狀”。同時中心處電流的增大，使得偏離中心區域的電流密度減小，此處的電弧壓力也就隨之減小了 。

在不同的鎢極間距下，隨著間距的減小，耦合電弧壓力的峰值逐漸變大，壓力分布逐漸由“平臺狀”向“尖頂狀”過渡。這是因為，間距的減小使兩個鎢電極各自產生的電弧吸引程度增強，造成了耦合電弧的中心處的電流密度增大，導致了中心處壓力峰值的絕對增大。同時，這種變化也使電弧偏離中心區域的電流密度相對減小，從而引起了壓力分布形態的。

鎢電極形狀的改變會對電弧壓力的分布產生影響，使用偏鎢極時電弧壓力分布較使用普通鎢極集中，壓力在峰值區增大，在偏離中心處減小。由此可以推斷，偏鎢電極對電弧電流的導向作用使得耦合電弧中心處的電流密度增大，而其它部分的電流密度減小，造成了電弧壓力分布的改變。